电流测量的原理和产品

1、电流测量的原理和产品 ( 2009/4/2 13:44 )在电路设计中电流测量应用十分普遍，主要领域分为3大类：测量中，电表会用来进行电流的测量；保护中，电流往往与功率形成直接的关系，如果电流过大代表系统中有短路情况出现而需要保护，因此用到电流测量；控制中，如马达控制、 HYPERLINK /keyword/%B5%E7%B3%D8 电池充放电等都需要电流测量。 测量电流的的方法一一般分成成直接式式和非直直接式两两种。直直接式一一般通过过电阻进进行，根根据欧姆姆定律电电流的大大小和电电压成正正比，因因此可以以通过测测量一个个小电阻阻的电压压差 得得到所经经过电流流的大小小。非直直接式测测量一般

2、般通过监监控电流流产生的的磁场得得到，由由于电流流周围本本身会产产生磁场场，电流流的大小小和磁场场成正比比，因此此可以通通过测量量磁场的的大小 得到经经过电流流的大小小。直接接式用于于测量相相对较小小的电流流以及电电压不高高的情况况，非直直接式不不带有任任何导电电关系，因因此可用用于测量量相对较较大的电电流以及及相对较较高的电电压。非直接式电电流测量量非直接式电电流测量量比较常常用的是是霍尔 HYPERLINK /keyword/%B4%AB%B8%D0%C6%F7 传传感器， 通过霍霍尔现象象测出电电流的大大小，输输出为模模拟输出出；另外外一种新新的技术术是利用用VACC传感器器，它是是德国

3、VVacuuumsschmmelzze公司司开发的的较新的的电流传传感器， 与霍尔尔传感器器不同之之处是TTI与VVAC有有一款专专门的配配套传感感器芯片片DRVV4011，其系系统框图图如图11所示，输输出电流流通过DDRV4401和和积分 HYPERLINK /keyword/%C2%CB%B2%A8%C6%F7 滤滤波器产产生一定定的电流流源作为为反馈达达到磁平平衡，利利用闭环环控制保保证整个个铁氧体体不受饱饱和影响响，从而而保证输输出的精精度能够够提高。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 直接式电流流测量直接式电流流测量手手段分为为两类：模拟输输出和数数字输

4、出出。模拟输出直直接电流流测量模拟输出分分为低压压（Loow SSidee）和高高压（HHighh Siide），数数字输出出可分为为隔离式式和非隔隔离式。低低压是指指用低压压电流传传感器进进行电流流测量，高高压即用用高压电电流传感感器进行行电流测测量。直接式电流流测量用用小电阻阻电流传传感器，这这一电阻阻有较高高精度与与温漂特特性的要要求。绝绝对值改改变可以以通过后后面的简简单补偿偿实现，但但是温度度漂移却却不可以以预测，因因此 补补偿相对对比较困困难。对对于电流流传感器器而言，温温漂特性性是最主主要的。如如：1个个电阻RR=1mm，精精度为1%，TTCR=2000pppm/，输出出电流II

5、=333A， 输出功功率P=1W。当当最大电电流为445A时时输出功功率为22W，这这种情况况下温度度会有所所改变。假假设温度度漂移是是75，如果果TCRR=200ppmm/，输输出精度度改变为为 TCCR=（775）（200ppmm/）（0.00001%/ppmm）=00.155%；如如果是普普通电阻阻，温漂漂特性达达8000ppmm/，则则有TCCR= （755）（8000pppm/）（00.00001%/pppm）=6%。根根据系统统精度要要求不同同，可以以选择不不同温漂漂特性的的电流传传感器。由于通过电电阻之后后输出为为电压信信号，该该信号往往往比较较小，需需用 HYPERLINK /

6、keyword/%B7%C5%B4%F3%C6%F7 放大大器放大大。图22中列出出了几个个放大器器的基本本特性，假假设使用用OPAA3500，其温温漂特性性为44。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 如果以同样样的755温漂漂加上本本身的偏偏置电压压误差，计计算出8800V的误误差幅度度，相比比于455mV，其其误差为为1.88%。如果电阻本本身200个pppm温漂漂、误差差0.115%，放放大器的的误差远远远大于于电流传传感器的的误差，因因此不能能接收，如如OPAA3355和OPPA3333误差差大幅

7、度度减 小小到0.02%和0.03%误差范范围，相相对而言言，主要要的误差差来源在在于电阻阻而不是是放大器器，因此此配套电电路必须须选择本本身误差差幅度小小于传感感器的误误差幅度度。如果果选择 OPAA3355，电阻阻本身的的温度误误差远远远大于放放大器本本身的输输出误差差，从而而可以保保证系统统精度能能有所提提高；如如果选择择温度性性能更高高的电阻阻，则可可以保证证电路能能准确放放 大输输出信号号。此外还有其其它不同同的误差差源，如如焊点、PPCB迹迹线、连连接器等等的寄生生特性导导致的误误差也会会影响系系统精度度。使用用差分输输入方式式可以提提高系统统的整体体精度，排排除寄 生特性性对电路

8、路的影响响。然而而这种精精度的提提高必须须要保证证所用电电阻的匹匹配，如如果单纯纯选择分分立器件件很难保保证电阻阻的匹配配性，因因此要把把所有电电阻集成成到一个个芯片中中。如 INAA1322集成了了四个电电阻，既既保证了了电阻之之间的匹匹配性，又又保证了了温漂特特性一致致。此外外还可以以选择仪仪表放大大器产品品，直接接把信号号放大，如如INAA3266。以上讨论了了电流传传感器高高压和低低压的差差别，即即利用仪仪表放大大器在低低压端测测量电流流，利用用差分放放大器内内在分压压的形式式可以做做高压端端的电流流测量。差分输入中中会用到到共模电电压，其其定义是是正负输输入端加加起来除除以2。如如果

9、差分分电路电电流通过过电阻流流向地则则整个共共模电压压是正，反反之如果果电流从从地流进进差分电电路，则则共模电电压为负负。图4中列出出了TII公司用用于电流流测量的的一些产产品，可可以看到到不同的的共模电电压范围围。表中中列出了了高端和和低端最最高最低低电压承承受范围围，最高高可达775V，如如果是单单电源供供电INNA3226，则则只能达达到5VV。此外，TII公司具具有INNA1668/99以及IINA1138/9产品品，可以以用外部部电阻控控制其增增益。IINA119X系系列的共共模范围围非常宽宽，使用用较为方方便，由由于 内内部带有有缓冲驱驱动能力力，因此此外部无无需缓冲冲，但是是IN

10、AA19XX系列增增益是芯芯片内部部固定好好的，如如图5所所示。可可以看到到，在增增益部分分INAA19XX系列有有20、 50、1100倍倍增益可可供选择择。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 还有一个较较新的IINA2270和和INAA2711产品系系列，其其基本结结构与IINA119X系系列类似似，唯一一的差别别在于缓缓冲输出出在芯片片外，用用户可以以通过在在中间加加以滤波波以减小小噪声输输出。然而，为了了进一步步提高系系统整体体精度，新新产品中中引入了了“零温温漂”技技术。由由于采集集电流时时温度很很重要，而而电阻本本身会发发热导致致出现温温漂，因因此引入入

11、了“零零温漂”技技术以达达到进一一步提高高总体精精度的目目的。IINA2209是是基于零零温漂技技术的第第一代产产品。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 图6显示了了TI的的所有电电流采集集产品，其其中包括括了共模模电压范范围和供供电范围围。可以以看到IINA119X、IINA227X产产品以及及INAA2033-2006产品品都提供供了较宽宽的共模模电压范范围，IINA2209是是最新的的“零温温漂”双双向电流流采集器器。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 数字输出直直接电流流测量对于数字输输出电流流采集器器则必定定需要隔隔离或AAD转

12、换换。由于ADSS83661带有有两路AAD转换换，可同同时进行行两路同同步采样样，因此此应用非非常普遍遍。其前前端有一一个二选选一的开开关，可可以允许许四路输输入，两两路ADD对其同同步采样样。因为为电流必必须要两两路同步步采集以以保证三三相电机机的工作作，因此此同步采采集在电电流测量量中至关关重要。除了传统的的AD转转换外，TTI还开开发了一一系列专专门针对对电流采采集应用用的ADD转换器器。ADDS1220X系系列是专专门为数数字化电电流开发发的产品品，针对对不同电电流传感感 器还还有不同同的产品品系列，如如非接触触性的AADS112044/5/8等。这这些产品品不是传传统的串串口或并并

13、口的输输出，而而是? 输输出，它它们利用用?工作原原理完成成AD转转换，其其输出类类似 HYPERLINK /keyword/PWM PWWM， 但是频频率是可可变的，通通过脉冲冲密度形形式进行行AD转转换。AADS112088是针对对霍尔传传感器开开发的产产品，本本身有一一个可编编程电流流源。原原因在于于霍尔传传感器需需要有电电流源 驱动以以进行平平衡使用用，因此此将可编编程电流流源集成成到芯片片中。AADS112055是专门门针对需需要两路路同步采采集开发发的产品品，具有有两个差差分输入入，如用用于马达达控制。 ADSS12004具有有四路差差分输入入，不仅仅可以监监控三相相电流，还还可以

14、对对其它环环境的不不同参数数进行采采样。此此外，TTI公司司还有专专门针对对单路相相电流采采样产品品，如 ADSS12002和AADS112033，还提提供ISSO722XX系系列专门门用于高高速数据据流的数数字隔离离，它使使用电容容隔离方方式，不不受外界界磁场影影响。TTI还将将推出一一款将数数 据采采集前端端和隔离离集成在在一起的的产品，从从而在 HYPERLINK /keyword/%B5%A5%D0%BE%C6%AC 单单芯片上上实现数数据采集集与信号号隔离的的功能，如如AMCC12003。上文提到的的产品系系列输出出是?数据据流，可可以使用用专用芯芯片AMMC12210将将其还原原成

15、一个个串口或或并口的的输出。它它不仅集集成了?后后端数据据 HYPERLINK /keyword/%C2%CB%B2%A8%C6%F7 滤波器器，还加加入了一一些比较较器，因因此可以以实现非非常多的的数字功功能。更多详细内内容，敬敬请登录录中电网网在线座座谈网址址：http:/m/07712119/jjchff.assp问答选编问：常用的的电流测测量方法法是什么么？各有有什么特特点？ 答：一般来来说电流流测量分分为直接接式测量量和间接接式测量量。直接接式测量量是串一一个检测测电阻在在电路上上，根据据I=VV/R，只只要检测测电压，知知道R，就就可计算算出电流流。 间间接式测测量是根根据霍尔尔效

16、应，实实现磁场场，电场场的转换换，最终终还是要要根据II=V/R来计计算。采采用检测测电阻直直接测量量，比较较简洁，成成本较低低，但检检测电流流比较小小，一般般 不超超过100A。采采用霍尔尔元件进进行间接接测量，比比较复杂杂，成本本较高，但但检测电电流可以以很大，如如几十AA都可以以。 问：测量电电流的原原理是什什么？答：1，通通过采样样电阻转转换为电电压，然然后用AADC转转换为数数字信号号，或用用比较器器产生中中断信号号。2，间间接 HYPERLINK /keyword/%B2%E2%CA%D4 测试试是利用用零磁通通的原理理。 问：电流测测量中，是是直接测测量精确确还是间间接测量量精确

17、？答：因素很很多，很很难简单单地说，但但一般情情况是直直接测量量较简单单而精确确。问：TI目目前有哪哪些测量量电流的的产品？答：如果是是检测电电阻直接接测量，TTI 有有INAA19XX，INNA200X等。如如果是磁磁性元件件，TII有DRRV4001。 此外，AAMC112033，ADDS1220X等等都可以以。问：如何确确保测量量的电流流的准确确性？答：首先，须须根据需需求选择择合适的的检测电电阻。检检测电阻阻的精度度、温度度系数、功功率容量量等规格格应符合合工作条条件的要要求，精精度要求求比较高高的应用用最好选选四线式式的检测测电阻。其其次，须须选择合合适的处处理电路路。 HYPERL

18、INK /keyword/%B7%C5%B4%F3%C6%F7 放大大器要有有足够低低的输入入失调，尽尽量高的的共模抑抑制比。还还要注意意放大器器的共模模输入范范围是否否覆盖实实际信号号的共模模范围，带带宽是否否满足要要求等等等。最后后，在进进行pccb设计计时需特特别注意意检测信信号线的的走线，要要尽量保保持两条条检测线线靠近、对对称布局局，并远远离大功功率信号号、数字字信号布布局。问：电流测测量目前前的精度度如何，是是否可以以跟电压压一起测测量？答：目前电电流的测测量精度度可达到到0.001%,可以和和电压一一起测量量，但一一般电流流的动态态范围比比电压大大。问：间接式式测量主主要是采采用精密密的小功功率电阻阻来进行行，直接接式电流流测量只只是通过过仪用放放大的差差分形式式，这是是两种方方式的区区别点吗吗？ 答：间接式式测量中中输入信信号不是是直接来来自被测测回路，而而直接式式电流测测量中输输入信号号是被测测电流的的一部分分。问：直接式式电流测测量所需需要用到到的电阻阻是特定定的还是是任意的的? 答：通常不不是任意意的。主主要取决决于需测测量的电电流范围围，功耗耗，以及及对系统统的影响响等因素素。问：有哪些些因素会会影响测测试精度度？ 答：电流检检测有不不同的方方案，需需要首先先确