安全和精确电流感应的传感器选择

电流测量是电力电子的一个组成部分。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彼此电气隔离。这允许较高的初级电位 (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。强度信息被转换成与初级电流成比例的输出电压或电流。开发的第一个电流传感器是开环霍尔效应设计，包括磁路、霍尔元件和放大器。开环电流传感器通常是电池供电电路的首选，因为它们的功率要求低且尺寸小。

闭环传感器在输出端增加了一个次级绕组。该次级绕组以这样的方式缠绕在磁路周围，即次级电流产生与初级电流产生的磁场相反的磁场。闭环的优点是几乎没有寄生电流，并且不受增益随温度和更高带宽变化的影响。如此描述的模型提供了一个与输入电流成比例的电流源，其增益由次级绕组上的匝数决定。闭环传感器提供良好的电气绝缘，在高精度至关重要时是最佳选择。它们提供快速响应、高线性度和低温漂。

闭环磁通门测量技术通过磁通门检测器(位于磁路空白空间中的绕组)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。磁通门技术是数字技术，具有内部时钟，可以表现为时钟噪声。然而，噪声远高于换能器带宽。与基于霍尔效应的器件相比，磁通门传感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对于保护半导体开关是必要的，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 开发了一种技术，可提供具有小尺寸、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，这是一款面向工业和科学应用的高精度和高稳定性的 200-A 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用于医疗电源、电池充电器和电机驱动应用。

Danisense 电流传感器技术基于以磁通门作为磁场检测器的闭环系统。由初级电流 (Ip) 产生的环形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其传送给电子设备。在较高的频率下，反馈绕组 (Nfb) 检测环形线圈中 ppm 级的磁场，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) 成比例，比例为 Np:Ns。

其他关键应用包括磁共振设备、粒子加速器中的磁场功率和肾上腺治疗设备。DC200IF 具有出色的线性度 (6 ppm)，最大偏移为 5 ppm，相当于 1.5 mA。这些装置提供直流和交流电流测量，绝对精度为 ±0.1 kHz 至 5 kHz。它们具有低噪声水平和高抗 EMI 能力。

CERN 团队在设计电源时使用了 Danisense 换能器，这些电源是加速器链的一部分，将光束注入欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机。CERN 团队要求的苛刻规范包括对几毫特斯拉的磁场抗扰度(可能存在于某些位置)以及宽度带宽为 1 MHz 的严格噪声控制。

LEM 发布了 LZSR 系列 PCB 传感器，用于对标称 100 A 至 200 A 的 DC、AC 和脉冲电流进行非侵入式和隔离式测量。三款新型号——LZSR 100-P、LZSR 150-P 和 LZSR 200-P——适合需要低偏移漂移的应用。LEM 传感器(图 5)基于 LEM ASIC 中的技术，并使用闭环技术和霍尔效应来包含高达 3 ppm/K 的 VREF 偏移。新的 LZSR 系列在 100、150 和 200 A 的额定电流和 –40°C 至 85°C 的温度范围内利用了这些优势。与使用传统芯片的上一代电流传感器相比，偏移量最多低 7 倍。

无论是运输还是工业应用，控制电力电子系统(如变频器、牵引变流器、UPS 系统和焊接系统)都需要能够快速准确地检测和测量电流。由于电流传感器在不中断电路的情况下使用磁场来确定导体的电流，因此它们确保了安全的测量过程。