用于安全、精确电流检测的传感器选项

电流测量是电力电子学的一个组成部分。电源设计人员、电池管理系统和电动驱动器通常需要准确测量电流。电流传感器（不要与电流互感器混淆）可以测量直流和交流。电流传感器通常基于闭环霍尔效应或闭环磁通门技术。通常，无论电源电压如何，电源要求都低于 30 mA。电流隔离是驱动电流传感器选择的关键特性。电流传感器的初级和次级电路通过磁铁相互电隔离。这允许高初级电位 (480 V)，而次级是较低的控制电压（±15 V 或 5 V）。

测量技术

电流传感器可以是开环或闭环的。强度信息被转换成与初级电流成正比的输出电压或电流。开发的第一个电流传感器是一种开环霍尔效应设计，包括一个磁路、一个霍尔元件和一个放大器。由于开环电流传感器的功率要求低且尺寸小，因此在电池供电电路中通常首选开环电流传感器（图 1）。

图 1：开环拓扑（图片：Allegro MicroSystems）

图 2：闭环拓扑（图片：Allegro MicroSystems）

闭环传感器为输出增加了一个次级绕组。该次级绕组围绕磁路缠绕，使得次级电流产生的磁场与初级电流产生的磁场相反。闭环的优点是实际上没有寄生电流，并且不受作为温度和更高带宽函数的增益变化的影响。如此描述的模型提供了一个与输入电流成正比的电流源，其增益由次级绕组的匝数决定（图 2）。闭环传感器提供良好的电绝缘性，是高精度至关重要的最佳选择。它们提供快速响应、高线性度和低温度漂移。

闭环磁通门测量技术通过磁通门检测器（位于磁路空白处的绕组）基本上消除了霍尔效应。方波电压对磁通门磁芯施加压力。测量感应电流，当电流达到一定阈值时，方波周期发生变化。方波的占空比与初级电流成正比。磁通门技术是数字的，并且有一个内部时钟，可以表现为时钟噪声。然而，噪声远高于传感器带宽。与基于霍尔效应的器件相比，磁通门换能器具有较低的初始偏移，并且随着温度的变化表现出较低的偏移漂移。

开路检测与闭路检测的选择归结为所需的精度和响应时间。对于需要高精度的应用，闭环电流传感器通常是显而易见的选择，因为它消除了非线性灵敏度误差。闭合电路的快速响应时间是保护半导体开关所必需的，例如用于控制应用中电流的绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 和 MOSFET。

Allegro MicroSystems凭借其 ACS720 开发了该技术，以提供具有小外形、高精度和速度的开环解决方案。ACS720 支持比闭环解决方案更少的电流，但价格更低，使其成为各种应用的合理选择。

闭环布局

Danisense推出了 DC200IF，这是一款针对工业和科学应用的高精度和高稳定性 200A 电流转换器。该公司表示，其新型电流测量解决方案的性价比使其特别适合医疗电源、电池充电器和电机驱动应用。

Danisense 电流传感器技术（图 3）基于一个闭环系统，其中磁通门作为磁场检测器。初级电流 (Ip) 在环形线圈中产生的磁场被积分器产生的次级补偿电流 (Is) 中和。磁通门检测环形线圈中的磁场并将它们传送到电子设备。在较高频率下，反馈绕组 (Nfb) 检测到 ppm 级环形线圈中的磁场，并告诉积分器对其进行补偿。因此，次级电流 (Is) 与初级电流 (Ip) 成正比，比率为 Np:Ns。

　　审核编辑：汤梓红