電流傳感器 電路圖：用電流傳感器進(jìn)行電流檢測電路圖 第1張" title="電流傳感器 電路圖：用電流傳感器進(jìn)行電流檢測電路圖 第1張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
電流傳感器 電路圖：用電流傳感器進(jìn)行電流檢測電路圖
過流檢測傳感器的工作原理如圖1所示。通過變流器所獲得的變流器次級(jí)電流經(jīng)I／V轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓直流化后，由電壓比較器與設(shè)定值相比較，若直流電壓大于設(shè)定值，則發(fā)出辨別信號(hào)。但是這種檢測傳感器一般多用于監(jiān)視感應(yīng)電源的負(fù)載電流，為此需采取如下措施。由于感應(yīng)電源啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定值的數(shù)倍，與啟動(dòng)結(jié)束時(shí)的電流相比大得多，所以在單純監(jiān)視電流電瓶的情況下，感應(yīng)電源啟動(dòng)時(shí)應(yīng)得到必要的輸出信號(hào)，必須用定時(shí)器設(shè)定禁止時(shí)間，使感應(yīng)電源啟動(dòng)結(jié)束前不輸出不必要的信號(hào)，定時(shí)結(jié)束后，轉(zhuǎn)入預(yù)定的監(jiān)視狀態(tài)。
電流傳感器 電路圖：電流傳感器
MicrochipTechnologyInc.(美國微芯科技公司)在美國國際傳感器及技術(shù)博覽會(huì)(SensorsExpo)上宣布推出模擬和數(shù)字相結(jié)合的電流傳感器PAC1921。該全新器件是世界上首個(gè)同時(shí)支持?jǐn)?shù)字輸出和可配置模擬輸出的高端電流傳感器，能夠通過單輸出引腳呈現(xiàn)功率、電流或電壓。同時(shí)，所有功率相關(guān)輸出值也可通過與I2C?接口兼容的二線制數(shù)字總線進(jìn)行傳輸。PAC1921采用10引腳3x3mmVDFN封裝，利用二線制總線傳輸以最大化數(shù)據(jù)和診斷報(bào)告，并利用模擬輸出最小化數(shù)據(jù)延遲。模擬輸出也可以經(jīng)調(diào)節(jié)，配合3V、2V、1.5V或1V的單片機(jī)輸入的使用。對于在執(zhí)行高速電源管理時(shí)不允許絲毫延遲的應(yīng)用(如：聯(lián)網(wǎng)、電力分配、電力供應(yīng)、計(jì)算和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用)來說，PAC1921是一個(gè)理想的選擇。該器件還配備了一個(gè)39位累加寄存器和128倍增益放大器，使得其能夠測量小至0V、大至32V的系統(tǒng)負(fù)載功率。它還能夠集成超過2秒的功耗數(shù)據(jù)。此外，PAC1921配有一個(gè)READ/INT引腳，可進(jìn)行測量周期的主控制，該引腳也能同步讀取多個(gè)器件。Microchip模擬和接口產(chǎn)品部營銷副總裁BryanJ.Liddiard表示：“PAC1921既能通過數(shù)字信號(hào)又能通過模擬信號(hào)輸出功率測量。它通過數(shù)字電流傳感器來最大化數(shù)據(jù)和診斷報(bào)告，并結(jié)合模擬電流傳感器來最小化數(shù)據(jù)延遲，賦予了設(shè)計(jì)人員更多的靈活性。”開發(fā)支持Microchip全新PAC1921高端功率和電流檢測評估板(部件編號(hào)：ADM)支持PAC1921，該評估板現(xiàn)已開始供貨。供貨PAC1921采用10引腳3x3mmVDFN封裝，現(xiàn)已開始提供樣片并投入量產(chǎn)，以5,000片起批量供應(yīng)。相關(guān)閱讀：Microchip推出USB3.0控制集線器，支持相關(guān)評估板Microchip推出新型dsPIC33EP”GS”系列數(shù)字信號(hào)控制器Microchip推出全新單片機(jī)家族通用豐田車載娛樂系統(tǒng)中采用MicrochipMOST50出貨量已突破2500萬Microchip推出專為數(shù)字電源應(yīng)用而優(yōu)化的新型dsPIC33EP“GS”系列產(chǎn)品
電流傳感器 電路圖：電流傳感器電路圖
電流傳感器電路
提出一種基于電荷測試的片外電流傳感器電路，該電流傳感器電路由4片高速電流反饋放大器（CFAs）組成，使用CLC449單片集成運(yùn)算放大器作為基本組成單元。改進(jìn)后的電路如圖2所示。
電流傳感器電路通過測量連接在電源線上的采樣電阻兩端的電壓降而獲得瞬態(tài)電流，因此要求電流讀取放大單元要有足夠高的阻抗，以避免測試電路對被測集成電路供電電流的影響。利用運(yùn)放U1和U2構(gòu)成的電壓跟隨器電路為被測電路和U3構(gòu)成的差分放大器電路的輸入端提供阻抗隔離。為了提高傳感器電路的穩(wěn)定性，本文采用性能非常優(yōu)良的儀用放大電路，增加了電阻R12。
根據(jù)式（3）可知，若前級(jí)放大器增益（R12+R11+R9）／R12增大，則CMRR也相應(yīng)增大，如果R11和R9使用的是基本相同的值，那么稍稍出現(xiàn)偏差也無所謂。為了能改變放大倍數(shù)，甚至可以大幅度地改變R12的值，因?yàn)槭剑?）中的V+和V-各自之間沒有任何關(guān)系，所以CMRR也不會(huì)發(fā)生大的變化。并且在多數(shù)情況下，通過對稱使用U1和U2兩個(gè)運(yùn)算放大器，而且R11=R9，則U1和U2兩個(gè)運(yùn)算放大器由CMRR引起的輸出誤差，相位相同而且大小相等，這樣，差動(dòng)放大電路的輸出誤差就會(huì)小到可以忽略不計(jì)。
AD電流傳感器典型應(yīng)用接口電路圖
用途：用于電流傳感、電機(jī)控制、加速度傳感器、壓力傳感器、位置標(biāo)志傳感器、應(yīng)變傳感器和其他低電平信號(hào)源電路。
電流傳感器采樣電路
傳感器輸出電壓是正負(fù)值，但采集器要求輸入電壓是正值，該如何處理？
普樂銳思電流傳感器輸出的是模擬電流信號(hào)，而多數(shù)數(shù)字采樣系統(tǒng)測量的是電壓信號(hào)，即使其同時(shí)具備電壓、電流測量能力，電壓通道的測量精度一般遠(yuǎn)高于電流通道。為獲得更高的測量精度，電流傳感器需要輸出一個(gè)電壓信號(hào)給采集器。這就需要在傳感器后接一個(gè)采樣電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
當(dāng)有客戶要求將測量電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出時(shí)，普樂銳思可以提供IV變換器（IVC），方便測量。IVC根據(jù)被測電流的流向，可輸出正電壓值或負(fù)電壓值。但有眾多的采集器，僅能采集正電壓信號(hào)，此時(shí)如何處理？
例如，采集器要求輸入電壓范圍是0-5V，采集±100A電流傳感器的輸出信號(hào)，測試系統(tǒng)該如何搭建？
這需要對測試電壓信號(hào)進(jìn)行平移，由正負(fù)區(qū)間平移至全正區(qū)間。
首先需要確定IVC型號(hào)，采集器輸入范圍為0-5V，即動(dòng)態(tài)范圍為5V。IVC輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍一定要小于此值，超過此范圍，必然有部分信號(hào)處于飽和位置，造成測試失真。IVC的標(biāo)準(zhǔn)輸出有3種，分別為：±1V、±2V、±5V，動(dòng)態(tài)范圍分別為2V、4V、10V。10V型號(hào)超過了采集器的動(dòng)態(tài)范圍，不能使用。最接近5V（必須小于）的是4V，因此，優(yōu)先選擇±2V 輸出的IVC-0102型號(hào)。
還有一種情況需要考慮，即傳感器的過載特性，±100A電流傳感器的量程為±100A，但可短時(shí)過載至±150A或以上，±100A對應(yīng)的IVC-0102輸出動(dòng)態(tài)范圍為4V，而±150A對應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍為6V，超出了采集器可測量的范圍。因此，需要測量高過載情況下，需選擇±1V 輸出的型號(hào)IVC-0101，它在±150A下的動(dòng)態(tài)范圍為3V，滿足小于5V的要求。
其次，需確定信號(hào)的中點(diǎn)，即IVC輸出零值，對應(yīng)的采集器電壓值。
一般信號(hào)中點(diǎn)取在動(dòng)態(tài)范圍的中點(diǎn)附近，0-5V區(qū)間最常用的信號(hào)中點(diǎn)為2.5V，其它常用電壓還有2V、2.048V、3.3V等。請?jiān)俅未_認(rèn)IVC輸出的電壓值經(jīng)中點(diǎn)平移后可被此區(qū)間完全覆蓋。
信號(hào)中點(diǎn)要求要非常穩(wěn)定，此電壓不能隨溫度、時(shí)間等產(chǎn)生明顯漂移，因此，需要選擇高精度的電壓參考源，Analog Devices Inc、Texas Instruments、Linear等公司均可提供一系列高性能電壓基準(zhǔn)。采集器需要的輸入電壓可以通過參考電壓與IVC輸出電壓相加（或相減）即可，通過一個(gè)簡單的運(yùn)放加法器即可實(shí)現(xiàn)。
其輸入輸出關(guān)系為：Vout=Vref + Vin
上述電路中，對Vref的驅(qū)動(dòng)能力有一定要求，電壓參考的輸出電流不能太小，一般需要在電壓參考后加一級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。
也可以使用反相放大電路：
其輸入輸出關(guān)系為：Vout=Vref - Vin
反向放大電路的好處是，對基準(zhǔn)Vref的驅(qū)動(dòng)能力要求很低，不需要緩沖電路。
電流傳感器 電路圖：零磁通電流傳感器工作原理｜電路圖｜電流｜磁通
19世紀(jì)，英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程。麥克斯韋認(rèn)為，變化的磁場之所以會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生電流，是因?yàn)樽兓拇艌霎a(chǎn)生了渦旋電場。
霍爾傳感器的基于霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)電流通過一個(gè)位于磁場中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場會(huì)對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。
傳感器內(nèi)有兩個(gè)線圈，線圈1流過被測電流1，線圈2電流2由內(nèi)部電路產(chǎn)生，兩個(gè)線圈均產(chǎn)生磁場。磁場中放置一個(gè)與磁場方向垂直的通過恒定電流3的導(dǎo)體，控制電流2，使在通電導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生的電勢差為零，此時(shí)，磁場完全抵消，即兩個(gè)磁場大小相等，方向相反，而磁感應(yīng)強(qiáng)度與線圈電流成正比，此時(shí)，線圈2的電流2即可反應(yīng)被測電流1的大小。
零磁通電流傳感器工作原理
零磁通電流傳感器的工作原理基于磁-電轉(zhuǎn)換，依賴于磁材料的強(qiáng)非線性。根據(jù)麥克斯韋方程組，直流電流產(chǎn)生的靜磁場沒有可測的電效應(yīng)，如果是線性系統(tǒng)，則系統(tǒng)的輸出與輸入電流之間沒有任何關(guān)系，即線性系統(tǒng)不可能通過磁通感應(yīng)測量直流電流。非線性系統(tǒng)可以在輸入的直流電流和輸出之間建立聯(lián)系。
AnyWay零磁通電流傳感器原理圖由于直流電流沒有可測的電效應(yīng)，為使系統(tǒng)能夠“動(dòng)”起來，首先需要構(gòu)造一個(gè)交變電流Iac與直流輸入電流Idc疊加，它們共同作用在非線性的磁材料上，即“磁調(diào)制”過程。
圖1：電流互感器原理電路圖 圖2：二次等效電路圖
穿芯式電流互感器的原理電路如圖1所示，圖2是其二次等效電路圖。I1為電流互感器一次側(cè)電流，I2為二次側(cè)電流，I0為激磁電流。N1、N2分別為一、二次繞組匝數(shù)。因此，該電流互感器的磁勢平衡方程為：
當(dāng)激磁安匝I0N1為零時(shí)，I1N1=-I2N2即副邊安匝變化能完全反應(yīng)原邊安匝變化，誤差為零。一般稱I0N1為絕對誤差，I0N1/I1N1為相對誤差。電流互感器的誤差為復(fù)數(shù)誤差，可用比值差f和角差δ表示。
式中：
δ為I2逆時(shí)針180°后與I1的夾角，如圖3所示。
圖3：電流互感器向量圖
由此可見，由于I0N1的存在，使I2N2與I1N1存在角差δ和比差值f。若I0=0，則激磁磁勢為0，誤差為0。磁勢的鐵芯處于“零磁通”狀態(tài)，它工作在磁化曲線的起始段（線性段）。這時(shí)，電流互感器輸出波形就不會(huì)畸變，保持良好的線性段。此即為“零磁通原理”。因此，若能使互感器鐵芯始終處于零磁通狀態(tài)，就能從根本上消除電流互感器的誤差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能實(shí)現(xiàn)零磁通的，必須靠外界條件的補(bǔ)償或調(diào)整。為此，采用動(dòng)態(tài)平衡電子電路對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使鐵芯始終處于“動(dòng)態(tài)零磁通狀態(tài)”。
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