與提高電力驅(qū)動(dòng)的性能和降低系統(tǒng)成本相關(guān)的挑戰(zhàn)已經(jīng)使市場(chǎng)朝著磁性設(shè)備的趨勢(shì)發(fā)展。這種趨勢(shì)主要存在于汽車和工業(yè)市場(chǎng)。

在當(dāng)前TRAN小號(hào)能器被用來測(cè)量電流不中斷電路，從而使測(cè)量非常安全的。電流傳感器使用磁場(chǎng)來確定導(dǎo)體的電流。電流傳感器準(zhǔn)確檢測(cè)電機(jī)中的電流，以提供完美的同步和方向控制。

除了電流檢測(cè)外，還有多種控制技術(shù)或算法可用于控制電機(jī)。各種工業(yè)設(shè)備中的控制電路必須盡可能高效且完全安全地運(yùn)行。由于更大的功率和更少的散熱，更高的效率轉(zhuǎn)化為巨大的潛力，這可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)中對(duì)散熱器的需求。

電流傳感器

電源和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要解決方案來監(jiān)視和控制其運(yùn)行。過去，此功能由機(jī)電設(shè)備執(zhí)行。將這些機(jī)械設(shè)備替換為電子等效物，使監(jiān)控系統(tǒng)變得更加通用。

在電流傳感器的設(shè)計(jì)中，輸入電流與輸出電流是隔離的。由于在工業(yè)環(huán)境中，許多干擾會(huì)導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確，使用電流互感器可以消除這些干擾。而且，在高電壓或高電流的情況下，它可以進(jìn)入保護(hù)模式，中斷轉(zhuǎn)換過程，從而在輸入和輸出之間提供隔離。

電流傳感器可以有兩種領(lǐng)先技術(shù)：開環(huán)或閉環(huán)。最初開發(fā)的電流傳感器是開環(huán)霍爾效應(yīng)。電流傳感器由三部分組成：磁路、霍爾元件和放大器。閉環(huán)與開環(huán)的不同之處在于向輸出添加了一個(gè)次級(jí)繞組。閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是幾乎沒有寄生電流，不受增益隨溫度和更高帶寬的變化而變化的影響。閉環(huán)磁通門測(cè)量技術(shù)通過磁通門檢測(cè)器基本上消除了霍爾效應(yīng)。后者本質(zhì)上是位于磁路空腔中的繞組。

霍爾效應(yīng)傳感器是通過外部磁場(chǎng)的存在而激活的設(shè)備。霍爾效應(yīng)本質(zhì)上是洛倫茲力作用于在磁場(chǎng) B 中移動(dòng)的每個(gè)電荷的表現(xiàn)。當(dāng)它們受到該磁場(chǎng)的影響時(shí)，它們會(huì)以與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的輸出電壓做出響應(yīng)。由于輸出電壓在mV量級(jí)，霍爾效應(yīng)傳感器與放大器等其他電子元件結(jié)合，以提高靈敏度和滯后。

Allegro的 ACS724 電流傳感器 IC是用于檢測(cè)工業(yè)、汽車、商業(yè)和通信系統(tǒng)中交流或直流電流的準(zhǔn)確解決方案。該設(shè)備由一個(gè)線性霍爾傳感器電路組成，帶有位于模具表面附近的銅傳導(dǎo)路徑。施加的電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，霍爾傳感器會(huì)檢測(cè)到該磁場(chǎng)，并將其轉(zhuǎn)換為 BiCMOS 提供的成比例電壓。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，電流被不同地感知以排斥場(chǎng)，從而提高磁噪聲環(huán)境中的精度（圖 1）。

所述Danisense電流傳感器的技術(shù)是基于一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，搭載磁通門一樣的磁場(chǎng)檢測(cè)器上。Danisense 的 DS200 可以以 1:500 的比例使用高達(dá) 200 A 的電流，而 DS600 可以使用高達(dá) 600 A 的電流（圖 2）。National Instrument 在其 RM-26999 4 通道功率測(cè)量調(diào)節(jié)器的測(cè)試中使用了 Danisense 電流傳感器解決方案。其他 Danisense 電流傳感器（包括 DS50UB-10V、DS200UB-10V、DS600UB-10V 和 DS2000UB-10V）具有高精度、高帶寬和低相移的特點(diǎn)：這些是精確功率測(cè)量的基本要求。

LEM提供了一個(gè)新的 LZSR 印刷電路板 （PCB） 傳感器系列，用于直流、交流和脈沖電流的非侵入式和隔離測(cè)量，標(biāo)稱值為 100A 至 200A。該系列包括各種型號(hào)，適用于需要低失調(diào)漂移的應(yīng)用。

圖 1：ACS724 的框圖

電流感應(yīng)模式

在電機(jī)控制系統(tǒng)中測(cè)量電流的方法主要有以下三種：高側(cè)測(cè)量、低側(cè)測(cè)量和在線測(cè)量。當(dāng)使用脈寬調(diào)制信號(hào) （PWM） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，要獲得準(zhǔn)確的值，在線測(cè)量實(shí)施起來更具挑戰(zhàn)性；這主要是由于共模瞬變 （dV / dt）。在具有控制反饋的逆變器系統(tǒng)中，相位測(cè)量對(duì)于正確估計(jì)電流至關(guān)重要。

在三相電機(jī)中，一系列多相 PWM 信號(hào)通過產(chǎn)生磁場(chǎng)來引導(dǎo)負(fù)載（圖 3）。無刷電機(jī)通常比有刷直流電機(jī)更高效，主要是因?yàn)闆]有電刷。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)是電動(dòng)的，而不是機(jī)械的。然而，這里描述的優(yōu)點(diǎn)有一個(gè)消極方面，表現(xiàn)為需要電子控制才能達(dá)到最大效率的更復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖 3：三相電機(jī)的簡(jiǎn)化框圖

在低側(cè)電流檢測(cè)中，一個(gè)放大器被添加到柵極驅(qū)動(dòng)的 FET，其分流電阻與每個(gè)開關(guān)引腳對(duì)齊（圖 4）。分流器處的共模電壓大約為零；因此，放大器的穩(wěn)健性不是需要牢記的重要因素。然而，該解決方案在負(fù)載和負(fù)載接地路徑之間放置了更多電阻，從而影響了檢測(cè)短路負(fù)載故障的能力。

圖 4：電流檢測(cè)的低側(cè)測(cè)量

為了檢測(cè)高側(cè)電流，在 FET 矩陣的電源電壓之后立即在線路中插入一個(gè)分流器（圖 5）。通過這種方法，系統(tǒng)可以檢測(cè)接地故障。在任何情況下，該放大器所承受的共模電壓大約是電源電壓 （Vsupply） 的電壓，因此需要一個(gè)能夠滿足此要求的更穩(wěn)健的差分放大器。

圖 5：電流感應(yīng)的高端測(cè)量

圖 6：電流感測(cè)的在線測(cè)量

審核編輯：郭婷