如何为您的高压系统选择合适的电流检测技术

从自动驾驶汽车到飞机再到工厂车间，电气化和自动化的进步正在迅速改变我们的世界。由于性能和可靠性的提高，以及总寿命成本的降低，以前的手动、机械或混合系统正在向全自动化和电气化方向发展。事实上，我们正处于聚焦于自动化和智能监控的第四次工业革命，也称为工业4.0时代。随着电气化革命的全面展开，高压系统在实现更高的效率和性能方面的作用越来越突出。

在高压系统中，信号和电源隔离有助于保护人员和关键电路免受高压交流或直流电源和负载的影响。随着系统集成了更多的电气功能，人们目前正在努力进一步缩小这些系统的体积。在缩小体积的同时如何降低系统成本和设计复杂度，并维持系统的高性能，对工程师来讲是一个全新的挑战。

电流检测通常用于高压系统中的过电流保护、监控和诊断以及闭环控制。电流检测通常需要高精度的负载监测和控制，以较大限度地提高效率。例如，功率因数校正电路需要精确地检测交流电流，以提高系统效率并监控能耗。高压电机还需要精确的电机相线电流感测，以便精确控制电机的扭矩。由于每个系统的特性会有许多不同的要求，本文将重点介绍如何为您的高压应用选择合适的电流检测技术。

在高压应用中测量电流的三个主要选择是使用基于分流电阻的隔离放大器、闭环霍尔效应电流传感器或开环霍尔效应电流传感器。

如表1所示，隔离式电流传感器和闭环霍尔效应电流传感器具有较高的精度和隔离度，但它们比开环霍尔效应电流传感器更昂贵、体积更大。因此，如果高精度是您的首要考虑因素，那么这两种方法中的任何一种都可以满足您的需求。

如果尺寸和成本对您的设计至关重要，则开环霍尔效应电流传感器可能是您的不二选择。如表1所述，它们可以在简单、小尺寸的情况下实现高压隔离测量，且不需要外部元件，但是传统的开环霍尔电流传感器随时间和温度漂移很大，这就限制了它们的精度。

TI最新的TMCS1100零漂移霍尔效应电流传感器解决了这个问题——这是TI首款开环霍尔效应电流传感器，很好地实现了精度、体积和成本的平衡。它的零点漂移架构、实时灵敏度补偿和可靠的3-kV隔离，可在高压系统中随时间和温度提供一致、准确的测量结果。

 

	Isolated shunt-based current sensors 基于分流的隔离电流传感器	Closed-loop Hall-effect current sensors 闭环霍尔效应电流传感器	In-package Hall-effect current sensors 开环霍尔效应电流传感器
			Existing devices 现有设备	TMCS1100
Solution size 解决方案尺寸	–	– –	+ +	+ +
External components needed 所需的外部组件	1 - 3	2 - 5	0	0
Solution cost 解决方案成本	–	– –	+ +	+ +
Accuracy 精度	+ +	+ +	–	+
Offset and sensitivity drift 偏移和灵敏度漂移	+ +	+ + +	– –	+
Insulation Lifetime 隔离寿命	+ +	+ +	–	+

 

表1：隔离式电流检测测方案比较

TMCS1100提供小于1%的总误差电流测量，其零漂移高精度信号链结构改善了器件温漂，并且不再需要额外的多点校准。此外，这种精度使系统的效率更高，从而实现更精确的控制，同时将需要高精度隔离电流测量的设计复杂性降至较低，如图2所示。此外，TMCS1100在电流路径和电路之间提供600-V基本工作隔离和3-kV介质隔离。

审核编辑：郭婷