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电流丈量办法的优缺陷

2017-09-11 16:12分类:电工基础知识 阅读:

 

电流查看被用来施行两个根柢的电路功用。首要,是丈量“多大”电流在电路中活动,这个信息能够用于DC/DC电源中的电源处理,来断定根柢的外围负载,来完毕节能。第二个功用是当电流“过大”或呈现缺陷时,做出差异。假定电流跨过了安全限值,满意软件或硬件互锁条件,就会宣告一个信号,把设备关掉,比方电机堵转或电池中发作短路的状况。因而有必要挑选一种能承受缺陷进程中极点条件的鲁棒性计划的技能。选用恰当的元器材来施行丈量功用,不但能获得精确的电压信号,还能避免损坏印制电路板

  有各种纷歧样的丈量办法能发作提示“多大”或“过大”的信号,如下:

  电阻式(直接)

  检流电阻。

  磁(直接)

  电流互感器;

  罗氏线圈;

  霍尔效应器材。

  晶体管(直接)

  RDS(ON);

  比率式。

  每种办法都有其利益,是有用的或可承受的电流丈量办法,但也各有利害,这一点对运用的牢靠性至关首要。这些丈量办法可分为两类:直接的,或直接的。直接办法的意思是直接连到被测电路里,丈量元件会遭到线电压的影响,直接办法的丈量元件与线电压是阻隔的,在商品的安全性有央求时有必要选用直接办法。

  电阻式

  检流电阻

  用电阻丈量电流是一种直接办法,利益是简略,线性度好。检流电阻与被测电放逐在一个电路里,流经电阻的电流会使一小有些电能转化为热。这个能质改换进程发作了电压信号。除了简略易用和线性度好的特征,检流电阻的性价比也极好,温度系数(TCR)安稳,能够抵达十0 ppm/℃以下或0.01%/℃,不会受潜在的雪崩倍增或热失控的影响。还有,低阻(小于1mΩ)的金属合金检流电阻的抗浪涌才调十分好,在呈现短路和过流状况时,能完毕牢靠的维护。

  

  电流互感器

  电流互感器(图1)有三个超卓利益:与线电压阻隔,无损丈量电流,大信号电压能极好地抵挡噪声。这种直接丈量电流的办法央求用到改动的电流,例如交流电,瞬变电流或开关式直流电,来发作一个磁耦合到次级绕组里的改动磁场。次级丈量电压能够依据在初级和次级绕组间的匝数比完毕缩放。这种丈量办法被以为是“无损的”,因为电路电流经过铜绕组时的电阻损耗十分小。可是,如图2所示,因为负载电阻、芯损,以及初级和次级直流电阻的存在,互感器的损耗会致使失掉一小有些能量。

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图1,志趣的电流互感器电路

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图2,电流互感器损耗的构成

  罗氏线圈

  罗氏线圈(图3)相似于电流互感器,会在次级线圈内会感应发作一个电压,电压巨细与流经阻隔电感器的电流程正比。分外的本地在于,罗氏线圈选用的是气芯计划,这一点与依托层压钢等高磁导率铁芯和次级绕组磁耦合的电流互感器彻底纷歧样。气芯计划的电感较小,有更快的信号照料和十分线性的信号电压。因为选用了这种计划,罗氏线圈常常被用在像手持电表这么的已有接线上,暂时性地丈量电流,能够以为是电流互感器的低本钱代替计划。

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图3

  霍尔效应

  当一个带电流的导体被放进磁场里时(图4),在笔直于磁场和电流活动方向上会发作电位差。这个电位与电流巨细成正比。在没有磁场和电流流过期,就没有电位差。但如图5所示,当有磁场和电流流过期,电荷与磁场彼此效果,致使电流散布发作改动,这么就发作了霍尔电压。

  霍尔效应元件的利益是能丈量大电流,并且功率耗散小。可是,这种办法也有不少缺陷,绑缚其运用,例如要对非线性的温度漂移进行抵偿;带宽有限;对小量程的电流进行丈量时,央求运用大偏置电压,这会致使过错;易受外部磁场的影响;对ESD活络;本钱高。

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图4,霍尔效应原理,无磁场

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图5,霍尔效应原理,有磁场

  晶体管

  RDS(ON) -漏极到源极的导通电阻

  因为晶体管对电路计划来说是规范的操控器材,不需求电阻或耗费能量的器材来供应操控信号,因而晶体管被以为是没有能量扔掉的过流勘探办法。晶体管数据表给出了漏极到源极的导通电阻(RDS(ON)),功率MOSFET的典型电阻通常在毫欧计划内。这个电阻由几有些构成,首要是连到半导体裸晶的引线(图6),这有些电阻影响了许多沟道特性。依据这个材料,流经MOSFET的电流能够用公式 ILoad = VRDS(ON) / RDS(ON)核算得出。

  因为界面区域电阻的纤细改动和TCR效应,RDS(ON)的每个构成有些都会构成丈量过错。经过丈量温度,及用由温度致使的电阻预期改动来批改被测电压,能够对TCR效应有些地加以抵偿。许多时分,MOSFET的TCR会高达4000ppm/℃,恰当于温度上升十0℃,电阻的改动抵达40%。通常来说,这种丈量办法的信号精度大概为十%~20%。从运用对精度的央求来看,关于供应过压维护来说,这个精度计划是能够承受的。

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图6 ,N沟道增强型MOSFET的简化模型

  比率式 - 电流查看MOSFET

  MOSFET由不行胜数个能下降导通电阻的并联的晶体管元胞构成。检流MOSFET运用一稀有些并联元胞,连到共栅极和漏极,但源极是分隔的(图7)。这么就发作了第2个阻隔的晶体管,即“查看”晶体管。当晶体管导通时,流经查看晶体管的电流与流经别的元胞的主电流成必定份额。

  精度公役的计划取决于详细的晶体管商品,低的抵达5%,高的能够抵达15%到20%。这种办法通常不适宜通常央求丈量精度抵达1%的电流操控运用,但适宜过流和短路维护。

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  图 7

  比照6种电流丈量办法的优缺陷

  从上面的总结表能够看出,勘探电路中电流的办法有许多种,要依据运用特定的需求来挑选适宜的办法。每种办法均有其利益和短板,这些要素都要在计划中加以细心考量。

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