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一些电流检测器件分析

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本文章讲述了一些电流检测器件分析.

、检测电阻+运放

优势:

成本低、精度较高、体积小

劣势:

温漂较大,精密电阻的选择较难,无隔离效果。

分析:

这两种拓扑结构,都存在一定的风险性,低端检测电路易对地线造成干扰;高端检测,电阻与运放的选择要求高。

检测电阻,成本低廉的一般精度较低,温漂大,而如果要选用精度高的,温漂小的,则需要用到合金电阻,成本将大大提高。运放成本低的,钳位电压低,而特殊工艺的,则成本上升很多。

二、电流互感器CT/电压互感器 PT

在变压器理论中,一、二次电压比等于匝数比,电流比为匝数比的倒数。而CT和PT就是特殊的变压器。

基本构造上,CT的一次侧匝数少,二次侧匝数多,如果二次开路,则二次侧电压很高,会击穿绕阻和回路的绝缘,伤及设备和人身。PT相反,一次侧匝数多,二次侧匝数少,如果二次短路,则二次侧电流很大,使回路发热,烧毁绕阻及负载回路电气。

CT,电流互感器,英文拼写Current Transformer,是将一次侧的大电流,按比例变为适合通过仪表或继电器使用的,额定电流为5A或1A的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA或LH(旧符号)工作特点和要求:

1、一次绕组与高压回路串联,只取决于所在高压回路电流,而与二次负荷大小无关。

2、二次回路不允许开路,否则会产生危险的高电压,危及人身及设备安全。

3、CT二次回路必须有一点直接接地,防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压,但仅一点接地。

4、变换的准确性。

PT,电压互感器,英文拼写Phase voltage Transformers,是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV或YH(旧符号)。

工作特点和要求:

1、一次绕组与高压电路并联。

2、二次绕组不允许短路(短路电流烧毁PT),装有熔断器。

3、二次绕组有一点直接接地。

4、变换的准确性

三、模块型霍尔电流传感器

模块型霍尔电流传感器分开环模式与闭环模式。

开环模式又称为直接测量式霍尔电流传感器,输入为电流,输出为电压。这种方式的优点是结构简单,测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中,霍尔器件是磁场检测器,它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后,磁芯可能达到饱和;随着频率升高,磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然,也可采取一些改进措施来降低这些影响,例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料;制成多层磁芯;采用多个霍尔元件来进行检测等等。

开环模式的结构原理见下图

根据检测量程的需求,一般分为以下两种绕线模式,左图为小量程的结构图,右图为大量程的结构图。

闭环模式又称为零磁通模式或磁平衡模式,其输入与输出端均为电流信号。原理见下图

将霍尔器件的输出电压进行放大,再经电流放大后,让这个电流通过补偿线圈,并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反,最终达到磁平衡。

这个平衡过程是自动建立的,是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时,霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低(理想状态应为0),不会使磁芯饱和,也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。恰当地选择磁芯材料和线路元件,可做出性能优良的零磁通电流传感器。

现在市场上的模块霍尔电流传感器,一般体积较大,为双电源供电,价格较高,闭环模式的霍尔电流传感器其性能要比开环模式好,但价格也比开环模式的贵许多。

四、其他的电流检测器件。

除以上介绍的几种电流检测方式外,还有其他几种测量方式,分别为:

AVAGO的光耦隔离放大器。

TI的电容式隔离放大器

ADI的西格玛德尔塔式隔离放大器。

这三种电流检测方式,芯片内部结构,原理是不一样的,但外围电路有许多共同点。

一、三种方式均是通过检测精密电阻两端的电压来判定其被检测电流的大小。

二、原边与负边均需加电源供电。

三、输出为差分输出,需考虑共模抑制比,可做到零基准电压。

四、响应时间与精度差不多,均为us级,精度界于1%~5%。

五、Allegro电流传感器

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