高精度電流檢測是提高閉環控製係統效率的關鍵
發布時間:2018-05-02 責任編輯:lina
【導讀】高精度電流檢測是提高閉環控製係統(即電機驅動器)效率的關鍵。在這篇博客中,筆者總結了不同隔離電流檢測方法的利與弊,並列出了一些采用它們的典型應用。
fenliudianzuqikeyongyuduozhonggongyeyingyong,bingnengtigongjiaogaodezhunqueduqieshixiandiwendupiaoyi。danshi,tamendeshiyongshouxianyuqizishendianzuzhiyinqidegonghao。zaijuyougaogongmodianyadeyingyongzhong,fenliudianzuqixuyaoAMC1200等隔離式放大器或AMC1304L05等隔離式Δ-Σ調製器(適用於性能最高的係統)。AMC1304L05可提供±50mV的低輸入電壓範圍,從而允許您使用更小的電阻分流器卻不會影響性能

圖1:AMC1304L05 —— 有效位數和過采樣率
羅氏線圈(Rogowski coils)隻測量交流電流(AC)並被纏繞在可分配待檢測電流的導體周圍。它們能提供與AC電流的變化率成比例的電壓,因此在用模數轉換器(ADC)進行處理之前需要一個積分器。
對dui應ying用yong進jin行xing改gai型xing翻fan新xin時shi羅luo氏shi線xian圈quan非fei常chang適shi用yong,因yin為wei該gai線xian圈quan可ke被bei安an裝zhuang在zai導dao體ti周zhou圍wei,不bu會hui中zhong斷duan電dian流liu流liu動dong。它ta們men不bu使shi用yong金jin屬shu芯xin子zi,所suo以yi定ding位wei的de機ji械xie公gong差cha能neng影ying響xiang和he限xian製zhi可ke實shi現xian的de準zhun確que度du。出chu於yu同tong樣yang的de原yuan因yin,它ta們men不bu會hui磁ci化hua達da飽bao和he點dian,因yin此ci可ke用yong於yu大da電dian流liu應ying用yong。此ci外wai,它ta們men的de低di電dian感gan允yun許xu在zai具ju有you高gao壓ya擺bai率lv的de係xi統tong中zhong使shi用yong。
在電流互感器(CT)中,初級AC電流可在磁心內產生一個場。該磁場能感應次級繞組裏成比例的電流。需要一個負載電阻器來將電流轉換為電壓信號以供在ADC中作進一步的處理。
CT的準確度取決於設置的機械公差、負載準確度和磁心的溫度漂移。磁心的飽和度可限製CT的動態範圍。另一方麵,專門的設計允許您為某個用例量身打造CT。在電網中,CT被廣泛用於檢測電流。
存在磁場、直流電流(DC)或AC的情況下,磁阻傳感器可(ke)改(gai)變(bian)自(zi)己(ji)的(de)電(dian)阻(zu)。磁(ci)阻(zu)傳(chuan)感(gan)器(qi)體(ti)積(ji)小(xiao)巧(qiao),通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)位(wei)置(zhi)和(he)角(jiao)度(du)感(gan)測(ce)。對(dui)不(bu)需(xu)要(yao)高(gao)準(zhun)確(que)度(du)的(de)小(xiao)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo),磁(ci)阻(zu)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)低(di)成(cheng)本(ben)高(gao)效(xiao)益(yi)的(de)備(bei)選(xuan)器(qi)件(jian)。
根據所使用的材料,您可從以下兩種類型的磁阻傳感器中進行選擇:
各向異性磁阻(AMR)傳感器使用鐵磁材料(其中磁場會影響電阻)。因為電阻變化很小,所以常用惠斯通電橋(Wheatstone bridges)來感測它。
巨磁阻(GMR)傳感器依靠的是巨磁阻效應 —— 磁場對由鐵磁層和非磁性層相間製成的結構的電阻會產生相當大的影響。不過“天下沒有免費的午餐” —— 與AMR傳感器相比,該生產工藝更複雜且耗資更多。
霍爾效應傳感器可提供與AC或DC磁場成比例的電壓信號。它們存在固有噪聲,並且電壓水平具有很強的溫度依賴性。您可采用巧妙的勵磁法(如那些在DRV411傳感器信號調節集成電路(IC)中所用的方法)來彌補這兩個缺點。
霍爾傳感器可用在不需要高準確度水平的開環應用中。為獲得更高的準確度,閉環法是最佳選擇;這些包括霍爾傳感器、具有補償繞組的磁心以及通常采用完整模塊形式的信號調節電路。閉環模塊可用於寬範圍的準確度、電流和成本水平。霍爾效應傳感器的其它例子包括DRV5000係列。
與其它電流檢測方法相比,磁通門傳感器可提供最高水平的靈敏度、最寬的動態範圍以及最低噪聲和溫度漂移的性能。外部磁通門傳感器的設計錯綜複雜,需要很低的機械公差;在全世界範圍內隻有幾家製造商可提供磁通門傳感器模塊。TI最近宣布推出了DRV421 —— 業界首款完全集成的磁通門傳感器,具備所有必需的信號調節功能,適用於閉環DC和AC應用。憑借磁心和補償線圈,該解決方案允許輕鬆製造高準確度和低電平(泄漏)的電流模塊。
表1對本文中描述的所有方法進行了比較。

表1:電流檢測方法的比較
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