寬帶寬電流傳感器DW500UB-2V

新型 DW500UB-2V 的電壓輸出信號為 2 V，電流為 500 A。全鋁機身確保了出色的電磁干擾屏蔽和更寬的工作溫度范圍。

用于功率分析的寬帶寬電流傳感器

目前，基于氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等寬帶隙半導體技術的功率轉換產品的開關頻率顯著提高，可以產生幾乎完美的正弦波形。 由于扼流圈的電感值和電容器的電容值與開關頻率成反比，因此扼流圈和電容器等濾波器元件可以做得更小更輕。 未來，基于碳化硅和氮化鎵的元件將繼續被更多應用所接受。 本文介紹了一種新方法，并介紹了一系列具有處理當前所需寬帶寬能力的電流傳感器。

功率分析儀通常使用以下基本公式計算有功功率。

因此，將電壓 v(t) 和電流 i(t) 的數字化瞬時值相乘，然后將結果在規定的時間窗口內相加。 基本上，直流分量、所有諧波和非諧波分量，直至功率分析儀的帶寬限制或濾波器截止頻率都會考慮在內。 高端功率分析儀的工作頻率已高達 10 MHz。 在大多數情況下，電壓信號直接由功率分析儀處理，以便使用功率分析儀的全部帶寬。

對于大于 30 A 的電流測量，通常使用電隔離電流傳感器，它必須將一次信號高精度地傳輸到二次側。 這些電流傳感器的主要部件是銅線繞組和鐵芯。 此外，羅戈夫斯基線圈由纏繞銅線的線圈體組成。 這種結構會產生繞組電感，同時在單個繞組之間和單個繞組層之間總會形成不必要的電容。 因此，每個銅線繞組都代表一個潛在的振蕩電路。 利用湯姆遜振蕩方程可以計算出諧振頻率。

根據該公式可以看出，在電感不變的情況下，線圈的電容越大，諧振頻率越小。 下圖顯示了部分繞制的鐵芯。 整個次級繞組分為兩個線圈，并串聯在一起。 兩個次級線圈都有多個繞組層。

在電氣等效電路中，各個電容并聯連接，這意味著一個繞組中的總電容相加。 由于線圈是串聯連接的，一個線圈的總電容必須除以二。 因此，一個線圈的總電容會隨著層數的增加而增加。 因此，匝數越多、層數越多的電流傳感器的諧振頻率就越低。

這一假設已在電感電流互感器的頻率測量中得到驗證。 在圖 2 中，對具有不同匝數比的同類型電感電流互感器進行了高達 35 kHz 的測量。 在一次額定電流下，二次電流始終為 1 A。 因此，與其他設備相比，4000 A 型號的銅線匝數更多，繞組層數也更多。

4000 A 電流互感器的第一次諧振頻率約為 9570 赫茲。 3000 A 設備的諧振頻率約為 13 000 赫茲。 電流特性表明，次級信號不僅在共振點區域受到阻尼，而且還能被放大。 此外，還會出現不小的相移。

如果當前傳感器制造商定義了帶寬，功率計算也應限制在此范圍內。 否則，超出這一頻率范圍的誤差會相當大。 考慮到 5 A 電流鉗的頻率響應，這一結論得到了進一步證實。 根據數據表，鉗位的指定頻率可達 20 kHz。 在 20 kHz 之后，可以直接檢測到第一個共振點。 在 60 至 80 千赫之間還能檢測到一個共振點。 在此范圍內，副邊可顯示增幅約為 1,270% 的振幅值。

一般情況下，制造商不愿意在批準的測量范圍之外顯示其電流傳感器有時看起來雜亂無章的曲線。

不過，用戶必須預料到所使用的傳感器在未定義的較高頻率范圍內會出現不期望的曲線特性。 指定頻率范圍以上的振幅強烈阻尼并不常見。

此外，高精度電流傳感器是根據零流量原理工作的，幾十年來一直用于電能測量，它由多個纏繞鐵芯和必要的電子元件組成。

頻率明顯高于 10 kHz 的電流成分通過第三個磁芯無源傳輸。 這意味著，根據變壓器原理，在 10 kHz 以上時，傳感器就像電流互感器一樣工作。

零磁通量技術的先驅現已成功優化了這第三個磁芯，傳輸頻率可達 10 MHz。 達尼森新型 DW500UB-2V 電流傳感器的電流比為 500 A 至 2 V，頻率響應高達 10 MHz，是目前該領域領先的零磁通量傳感器。

如果當前的傳感器（如功率分析儀）現在能夠處理高達 10 MHz 的測量，那么未來在測試基于碳化硅的轉換器時，高精度、高可靠性的功率測量也將成為可能。 這里的開關頻率通常為 50 至 100 kHz。 不過，除了這個開關頻率外，開關頻率的倍數還會形成相應的邊帶。 這種現象可以用下面的公式來描述。

如果現在轉換器的脈沖頻率為 100 kHz，那么我們可以預期在 200、300 和 400 kHz 時也會出現阻尼振幅，并伴有相應的邊帶。 為了準確測量這種情況下發生的有功功率，必須注意，除了振幅誤差外，相位偏移也應盡可能小，因為高頻范圍內的功率因數明顯較小。 因此，相位位移對有功功率計算精度的影響顯著增加。 因此，用于功率分析的測量設備在振幅誤差和相位偏移方面應能覆蓋盡可能大的頻率范圍，以排除高頻范圍內的誤差。

除功率測量外，高帶寬還可用于檢測快速瞬態、浪涌電流、浪涌電流和電流上升陡度。 與功率測量相比，從 3 MHz 開始的較大相移 (< -10 °) 在這里并不那么重要。

審核編輯 黃宇