【導(dǎo)讀】在工控、自動(dòng)化控制領(lǐng)域，高精度電流檢測(cè)都是至關(guān)重要的技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)的正確選擇關(guān)系到閉環(huán)控制系統(tǒng)的效率高低，是提高設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文就為大家綜合對(duì)比幾種不同的隔離電流檢測(cè)方法，分析它們的利與弊。
首先來(lái)看第一種隔離電流檢測(cè)方法，那就是利用分流電阻器完成高精度電流檢測(cè)工作。分流電阻器作為一種比較常見(jiàn)的電子元件，可以被用于多種工業(yè)應(yīng)用中，并能提供較高的準(zhǔn)確度且實(shí)現(xiàn)低溫度漂移。但是，它們的使用受限于其自身電阻值引起的功耗。在具有高共模電壓的應(yīng)用中，分流電阻器需要AMC1200等隔離式放大器或AMC1304L05等隔離式Δ-Σ調(diào)制器（適用于性能最高的系統(tǒng)）。AMC1304L05可提供±50mV的低輸入電壓范圍，從而允許用戶可以使用更小的電阻分流器卻不會(huì)影響其工作性能。
圖1AMC1304L05——有效位數(shù)和過(guò)采樣率
羅氏線圈是平時(shí)工程師們常用到的第二種檢測(cè)隔離電流的常見(jiàn)辦法，但這種方法通常只用來(lái)測(cè)量交流電流（AC），在測(cè)試時(shí)，線圈將會(huì)被纏繞在可分配待檢測(cè)電流的導(dǎo)體周圍。在檢測(cè)的過(guò)程中，它們能提供與AC電流的變化率成比例的電壓，因此在用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行處理之前需要一個(gè)積分器。對(duì)應(yīng)用進(jìn)行改型翻新式的羅氏線圈非常適用，因?yàn)樵摼€圈可被安裝在導(dǎo)體周圍，不會(huì)中斷電流流動(dòng)。它們不使用金屬芯子，所以定位的機(jī)械公差能影響和限制可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確度。出于同樣的原因，它們不會(huì)磁化達(dá)飽和點(diǎn)，因此可用于大電流應(yīng)用。此外，它們的低電感允許在具有高壓擺率的系統(tǒng)中使用。
電流互感器也是工程師們常常使用并進(jìn)行高精度隔離電流檢測(cè)的重要幫手，在電流互感器（CT）工作時(shí)，初級(jí)AC電流可在磁心內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)。該磁場(chǎng)能感應(yīng)次級(jí)繞組里成比例的電流。需要一個(gè)負(fù)載電阻器來(lái)將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以供在ADC中作進(jìn)一步的處理。CT的準(zhǔn)確度取決于設(shè)置的機(jī)械公差、負(fù)載準(zhǔn)確度和磁心的溫度漂移。磁心的飽和度可限制CT的動(dòng)態(tài)范圍。另一方面，專門的設(shè)計(jì)允許您為某個(gè)用例量身打造CT。在電網(wǎng)中，CT被廣泛用于檢測(cè)電流。
除了上面所提到的幾種方法外，我們還可以利用磁阻傳感器來(lái)完成隔離電流的檢測(cè)工作。這種辦法的優(yōu)勢(shì)在于，在存在磁場(chǎng)、直流電流（DC）或AC的情況下，磁阻傳感器可改變自己的電阻。磁阻傳感器體積小巧，通常用于位置和角度感測(cè)。對(duì)不需要高準(zhǔn)確度的小電流應(yīng)用來(lái)說(shuō)，磁阻傳感器是低成本高效益的備選器件。根據(jù)所使用的材料，我們可從兩種類型的磁阻傳感器中進(jìn)行選擇，即各向異性磁阻（AMR）傳感器和巨磁阻（GMR）傳感器。其中，異性磁阻傳感器主要使用鐵磁材料，其缺點(diǎn)是其中磁場(chǎng)會(huì)影響電阻。因?yàn)殡娮枳兓苄?，所以常用惠斯通電橋?lái)感測(cè)它。巨磁阻傳感器則依靠的是巨磁阻效應(yīng)進(jìn)行電流檢測(cè)，其磁場(chǎng)對(duì)由鐵磁層和非磁性層相間制成的結(jié)構(gòu)的電阻會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。不過(guò)“天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐”，與AMR傳感器相比，這種巨磁阻傳感器的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜且耗資更多。
使用霍爾效應(yīng)傳感器，也同樣可以完成高精度的隔離電流檢測(cè)工作。霍爾效應(yīng)傳感器在工作時(shí)可提供與AC或DC磁場(chǎng)成比例的電壓信號(hào)。不過(guò)，這一方法有個(gè)明顯缺點(diǎn)，那就是它們存在固有噪聲，并且電壓水平具有很強(qiáng)的溫度依賴性。在這里，工程師們可以采用巧妙的勵(lì)磁法來(lái)彌補(bǔ)這兩個(gè)缺點(diǎn)。霍爾傳感器可用在不需要高準(zhǔn)確度水平的開環(huán)應(yīng)用中。為獲得更高的準(zhǔn)確度，閉環(huán)法是最佳選擇;這些包括霍爾傳感器、具有補(bǔ)償繞組的磁心以及通常采用完整模塊形式的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。閉環(huán)模塊可用于寬范圍的準(zhǔn)確度、電流和成本水平?；魻栃?yīng)傳感器的其它例子包括DRV5000系列。
使用磁通門傳感器也同樣是能夠幫助工程師完成高精度電流測(cè)試的重要工具，與上面所提到的幾種電流檢測(cè)方法相比，磁通門傳感器在電流檢測(cè)室可提供最高水平的靈敏度、最寬的動(dòng)態(tài)范圍以及最低噪聲和溫度漂移的性能。外部磁通門傳感器的設(shè)計(jì)錯(cuò)綜復(fù)雜，需要很低的機(jī)械公差；在全世界范圍內(nèi)只有幾家制造商可提供磁通門傳感器模塊。
為了方便各位工程師進(jìn)行日常的高精度檢測(cè)，TI最近宣布推出了DRV421——業(yè)界首款完全集成的磁通門傳感器，具備所有必需的信號(hào)調(diào)節(jié)功能，適用于閉環(huán)DC和AC應(yīng)用。憑借磁心和補(bǔ)償線圈，該解決方案允許輕松制造高準(zhǔn)確度和低電平（泄漏）的電流模塊。
表1電流檢測(cè)方法的比較
以上就是本文對(duì)幾種常見(jiàn)的高精度電流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣對(duì)比，表1對(duì)本文中描述的所有方法進(jìn)行了比較。希望通過(guò)本文的介紹，對(duì)各位工程師的日常工作有所幫助。
相關(guān)閱讀：
第一手資料：三大要點(diǎn)助你了解電流檢測(cè)監(jiān)控
詳解：解密多種電流檢測(cè)放大器電路設(shè)計(jì)
經(jīng)典分享：“無(wú)損耗的”電流檢測(cè)設(shè)計(jì)中的5大問(wèn)題
