各種電流檢測(cè)方式的比較

淺談電流檢測(cè)方式

一、檢測(cè)電阻+運(yùn)放

優(yōu)勢(shì)：

成本低、精度較高、體積小

劣勢(shì)：

溫漂較大，精密電阻的選擇較難，無(wú)隔離效果。

分析：

這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，低端檢測(cè)電路易對(duì)地線造成干擾；高端檢測(cè)，電阻與運(yùn)放的選擇要求高。

檢測(cè)電阻，成本低廉的一般精度較低，溫漂大，而如果要選用精度高的，溫漂小的，則需要用到合金電阻，成本將大大提高。運(yùn)放成本低的，鉗位電壓低，而特殊工藝的，則成本上升很多。

二、電流互感器CT/電壓互感器PT

在變壓器理論中，一、二次電壓比等于匝數(shù)比，電流比為匝數(shù)比的倒數(shù)。而CT和PT就是特殊的變壓器。基本構(gòu)造上，CT的一次側(cè)匝數(shù)少，二次側(cè)匝數(shù)多，如果二次開路，則二次側(cè)電壓很高，會(huì)擊穿繞阻和回路的絕緣，傷及設(shè)備和人身。PT相反，一次側(cè)匝數(shù)多，二次側(cè)匝數(shù)少，如果二次短路，則二次側(cè)電流很大，使回路發(fā)熱，燒毀繞阻及負(fù)載回路電氣。

CT,電流互感器，英文拼寫CurrentTransformer，是將一次側(cè)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過儀表或繼電器使用的，額定電流為5A或1A的變換設(shè)備。它的工作原理和變壓器相似。也稱作TA或LH（舊符號(hào)）工作特點(diǎn)和要求：

1、一次繞組與高壓回路串聯(lián)，只取決于所在高壓回路電流，而與二次負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。

2、二次回路不允許開路，否則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，危及人身及設(shè)備安全。

3、CT二次回路必須有一點(diǎn)直接接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產(chǎn)生對(duì)地高電壓，但僅一點(diǎn)接地。

4、變換的準(zhǔn)確性。

PT，電壓互感器，英文拼寫PhasevoltageTransformers，是將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)檫m合儀表或繼電器使用的額定電壓為100V的變換設(shè)備。電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同。也稱作TV或YH（舊符號(hào)）。

工作特點(diǎn)和要求：

1、一次繞組與高壓電路并聯(lián)。

2、二次繞組不允許短路（短路電流燒毀PT）,裝有熔斷器。

3、二次繞組有一點(diǎn)直接接地。

4、變換的準(zhǔn)確性

模塊型霍爾電流傳感器

模塊型霍爾電流傳感器分開環(huán)模式與閉環(huán)模式。

開環(huán)模式又稱為直接測(cè)量式霍爾電流傳感器，輸入為電流，輸出為電壓。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果的精度和線性度都較高?？蓽y(cè)直流、交流和各種波形的電流。但它的測(cè)量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場(chǎng)檢測(cè)器，它檢測(cè)的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。電流增大后，磁芯可能達(dá)到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會(huì)隨之升高。這些都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。當(dāng)然，也可采取一些改進(jìn)措施來降低這些影響，例如選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個(gè)霍爾元件來進(jìn)行檢測(cè)等等。

開環(huán)模式的結(jié)構(gòu)原理見下圖

根據(jù)檢測(cè)量程的需求，一般分為以下兩種繞線模式，左圖為小量程的結(jié)構(gòu)圖，右圖為大量程的結(jié)構(gòu)圖。

閉環(huán)模式又稱為零磁通模式或磁平衡模式，其輸入與輸出端均為電流信號(hào)。原理見下圖

與ACS712相比，ACS710多了一個(gè)過流保護(hù)功能。如上圖所示，藍(lán)色虛框?yàn)锳CS710的電流檢測(cè)回路，紅色虛框?yàn)锳CS710的過流保護(hù)回路。

ACS710與ACS712的電流檢測(cè)原理是一樣的，所不同的有以下幾點(diǎn)：

ACS710因?yàn)榉庋bSOIC-16體積比ACS712稍大，所以原邊與副邊的隔離電壓也比ACS712大，為3000V。

內(nèi)置路徑內(nèi)阻為1.0mΩ。

量程不一樣，根據(jù)尾綴不同，分12.5A與25A兩種量程。這里的12.5A量程與25A量程指的是優(yōu)化量程，實(shí)際上，ACS710有三倍過載能力，即，他們的實(shí)際量程分別為37.5A與75A。但考慮到電流過大，溫升的效應(yīng)，不建議將ACS710長(zhǎng)期工作于過載條件下。

ACS710Vcc可選用5V與3.3V兩種。5V與3.3V時(shí)，其輸入輸出的線性系數(shù)（Sensitivity）也為線性。如ACS71025A量程的IC，Vcc為5V時(shí)，Sensitivity為28mV/A.3.3V時(shí)，Sensitivity為28*3.3/5=18.5mV。

溫度等級(jí)不一樣，ACS710為K級(jí)，-40~125℃.

ACS710的帶寬為120KHZ，響應(yīng)時(shí)間為4us，過流保護(hù)響應(yīng)時(shí)間為2us。

ACS710過流保護(hù)功能說明

1.16管腳為使能腳。

2.調(diào)整15腳外圍的兩個(gè)分壓電阻值，可設(shè)定過流保護(hù)的門限值。Vcc為5V時(shí)，ACS710KLATR-12CB-T（12.5A量程的型號(hào)）其可設(shè)定的過流保護(hù)的門限范圍為22.3A~35.7A；ACS710KLATR-25CB-T（25A量程的型號(hào)）其可設(shè)定的過流保護(hù)的門限范圍為44.6A~71.5A。

3.13管腳為Fault輸出腳，過流條件出現(xiàn)時(shí)，13管腳將在2us內(nèi)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，其中外接電容Coc為緩沖電容，以防止因干擾而產(chǎn)生的誤報(bào)情況。

4.下圖為過流保護(hù)過程的圖解說明。

ACS758

ACS758的原理是一樣的。與ACS712、ACS710相比，其特點(diǎn)是：

量程大，分為50A、100A、150A、200A四個(gè)等級(jí)。

內(nèi)置路徑內(nèi)阻小，為100uΩ.

溫度等級(jí)，50A、100A量程的等級(jí)為L(zhǎng)級(jí)，即-40~150℃；150A量程的為K級(jí)，即-40~125℃；200A量程的為E級(jí)，即-40~85℃.

帶寬為120KHz，響應(yīng)時(shí)間為4us。

25℃時(shí)，原邊1200A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。

85℃時(shí)，原邊900A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。

150℃時(shí)，原邊600A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。

以上介紹的為Allegro的三顆代表型芯片級(jí)霍爾電流傳感器，我介紹的均為雙向的霍爾電流傳感器（可測(cè)交直流），輸出加載于0.5Vcc上。Allegro也有單向的霍爾傳感器，其單向的霍爾電流傳感器（可測(cè)正電流），輸出加載于0.1Vcc上。芯片級(jí)的霍爾電流傳感器，目前其最大量程為200A，對(duì)于大于200A的電流，可用Allegro線性霍爾做成塻塊型霍爾電流傳感器。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)有部份品牌的模塊型霍爾電流傳感器，就是應(yīng)用Allegro的線性霍爾做為核心做成的。

六．小結(jié)

各種電流檢測(cè)的方式原理各不同。

檢測(cè)電阻+運(yùn)放與電流互感器屬于低成本的方案，其可靠性與安全性較差，主要用于低端方案。

模塊式霍爾電流傳感器，其體積較大，雙電源供電，成本較高。

隔離放大器，其原邊，副邊均需電源供電，在消除干擾方面的設(shè)計(jì)難度更大，成本比模塊式霍爾電流傳感器要低