孰优孰劣,分析极端条件下的六种电流测量方法

发布者:草木知秋最新更新时间:2018-04-05 来源: eefocus关键字:析极端条件  电流测量 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

电流检测被用来执行两个基本的电路功能。首先,是测量“多大”电流在电路中流动,这个信息可以用于DC/DC电源中的电源管理,来判定基本的外围负载,来实现节能。第二个功能是当电流“过大”或出现故障时,做出判断。如果电流超过了安全限值,满足软件或硬件互锁条件,就会发出一个信号,把设备关掉,比如电机堵转或电池中发生短路的情况。因此有必要选择一种能承受故障过程中极端条件的鲁棒性设计的技术。采用适当的元器件来执行测量功能,不但能获得准确的电压信号,还能防止损坏印制电路板。

 

测量方法

 

有各种不同的测量方法能产生提示“多大”或“过大”的信号,如下:

 

电阻式(直接):检流电阻

 

磁(间接):电流互感器、罗氏线圈、霍尔效应器件

 

晶体管(直接):RDS(ON)、比率式

 

每种方法都有其优点,是有效的或可接受的电流测量方法,但也各有利弊,这一点对应用的可靠性至关重要。这些测量方法可分为两类:直接的,或间接的。直接方法的意思是直接连到被测电路里,测量元件会受到线电压的影响,间接方法的测量元件与线电压是隔离的,在产品的安全性有要求时有必要采用间接方法。

 

电阻式

 

检流电阻

 

用电阻测量电流是一种直接方法,优点是简单,线性度好。检流电阻与被测电流放在一个电路里,流经电阻的电流会使一小部分电能转化为热。这个能量转换过程产生了电压信号。除了简单易用和线性度好的特点,检流电阻的性价比也很好,温度系数(TCR)稳定,可以达到100 ppm/℃以下或0.01%/℃,不会受潜在的雪崩倍增或热失控的影响。还有,低阻(小于1mΩ)的金属合金检流电阻的抗浪涌能力非常好,在出现短路和过流情况时,能实现可靠的保护。

 

 

电流互感器

 

电流互感器(图1)有三个突出优点:与线电压隔离,无损测量电流,大信号电压能很好地抵御噪声。这种间接测量电流的方法要求用到变化的电流,例如交流电,瞬变电流或开关式直流电,来产生一个磁耦合到次级绕组里的变化磁场。次级测量电压可以根据在初级和次级绕组间的匝数比实现缩放。这种测量方法被认为是“无损的”,因为电路电流通过铜绕组时的电阻损耗非常小。但是,如图2所示,由于负载电阻、芯损,以及初级和次级直流电阻的存在,互感器的损耗会导致失去一小部分能量。

 

 

罗氏线圈

 

罗氏线圈(图3)类似于电流互感器,会在次级线圈内会感应产生一个电压,电压大小与流经隔离电感器的电流程正比。特殊之处在于,罗氏线圈采用的是气芯设计,这一点与依赖层压钢等高磁导率铁芯和次级绕组磁耦合的电流互感器完全不同。气芯设计的电感较小,有更快的信号响应和非常线性的信号电压。由于采用了这种设计,罗氏线圈经常被用在像手持电表这样的已有接线上,临时性地测量电流,可以认为是电流互感器的低成本替代方案。

 

 

霍尔效应

 

当一个带电流的导体被放进磁场里时(图4),在垂直于磁场和电流流动方向上会产生电位差。这个电位与电流大小成正比。在没有磁场和电流流过时,就没有电位差。但如图5所示,当有磁场和电流流过时,电荷与磁场相互作用,引起电流分布发生变化,这样就产生了霍尔电压。

 

霍尔效应元件的优点是能测量大电流,而且功率耗散小。然而,这种方法也有不少缺点,限制其使用,例如要对非线性的温度漂移进行补偿;带宽有限;对小量程的电流进行测量时,要求使用大偏置电压,这会引起误差;易受外部磁场的影响;对ESD敏感;成本高。

 

 

晶体管

 

RDS(ON) -漏极到源极的导通电阻

 

由于晶体管对电路设计来说是标准的控制器件,不需要电阻或消耗能量的器件来提供控制信号,因此晶体管被认为是没有能量损失的过流探测方法。晶体管数据表给出了漏极到源极的导通电阻(RDS(ON)),功率MOSFET的典型电阻一般在毫欧范围内。这个电阻由几部分组成,首先是连到半导体裸晶的引线(图6),这部分电阻影响了很多沟道特性。基于这个资料,流经MOSFET的电流可以用公式 ILoad = VRDS(ON)  / RDS(ON)计算得出。

 

由于界面区域电阻的微小变化和TCR效应,RDS(ON)的每个组成部分都会造成测量误差。通过测量温度,及用由温度引起的电阻预期变化来修正被测电压,可以对TCR效应部分地加以补偿。很多时候,MOSFET的TCR会高达4000ppm/℃,相当于温度上升100℃,电阻的变化达到40%。通常来说,这种测量方法的信号精度大约为10%~20%。从应用对精度的要求来看,对于提供过压保护来说,这个精度范围是可以接受的。

 

 

比率式 - 电流检测MOSFET

 

MOSFET由成千上万个能降低导通电阻的并联的晶体管元胞构成。检流MOSFET使用一少部分并联元胞,连到共栅极和漏极,但源极是分开的(图7)。这样就产生了第2个隔离的晶体管,即“检测”晶体管。当晶体管导通时,流经检测晶体管的电流与流经其他元胞的主电流成一定比例。

 

精度公差的范围取决于具体的晶体管产品,低的达到5%,高的可以达到15%到20%。这种方法通常不适合一般要求测量精度达到1%的电流控制应用,但适合过流和短路保护。

 

 

从上面的总结表可以看出,探测电路中电流的方法有很多种,要根据应用特定的需求来选择合适的方法。每种方法均有其优点和短板,这些因素都要在设计中加以仔细考量。


关键字:析极端条件  电流测量 引用地址:孰优孰劣,分析极端条件下的六种电流测量方法

上一篇:原理图示意,如何使用万用表检测电容?
下一篇:深度剖析激光切割中焦点位置的检测方法

推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 23:37

如何测量电机的工作电流和电压?
答:测量的方法如下: (1)测量电流:用钳形电流表选择合适的量程开关位置,将被测导线钳入钳中央,从表盘刻度上可读出指针所在位置的上行电流值和下行电流 (2)测量电压:将电压表并联在线路中,可读出电压值:将钳形电流表量程开关位置拨到电压档上,将二测试棒并联在线路中,读其数值。
[测试测量]
三线电阻式温度检测器测量系统中励磁电流失配的影响(续)
这篇文章将讨论两种可消除励磁电流失配和失配漂移影响的方法。第一种方法是把内部多路复用器用于大多数集成式解决方案的软件方法。第二种方法是更改电路拓扑结构的硬件方法。 切断励磁电流源 一种用来减少励磁电流失配所致误差的技术是让两个输入端之间的电流流动路线交替变化。这通常被称为 斩波 。把励磁电流注入到RTD电路,然后对它们进行交换,同时获取每种设置下的读数。两个读数的平均值将不受两种励磁电流之间失配的影响。在大多数集成式解决方案中,可用内置多路复用器让到两个输出端的励磁电流流动路线交替变化来实现这一目的。图1展示了如何在该电路中切断励磁电流。 图1:切断励磁电流 当励磁电流被交换时,系统设计人员必须等待,直到输入信号稳定,以
[测试测量]
三线电阻式温度检测器<font color='red'>测量</font>系统中励磁<font color='red'>电流</font>失配的影响(续)
直流电流表的测量方法
有关直流电流表的测量方法,在使用直流电流表时的注意事项,观察电压表的指针是否在零线上,选择合适量程的电压表,直流电压表正确接入电路中等。 1、观察电压表的指针是否在零线上,若不在零线上,可用螺丝刀调节表盘下的调节螺母,使指针指在零线上。 2、估计被测电压的大小,选择合适量程的电压表,所测电压值约等于量程的70%时,测量效果最好,如果估计不出被测电压的值的大小,可从最大量程试起。 3、选好量程后,把电压表并联在所测电压路的两端,让电流从“+”线接线柱流入,从“-”接线柱流出,如果把电压表的“+”、“-”接线柱接反了,电压表的指针将向相反方向摆动,这样不但不能测出电压的大小,还有可能打坏电压表的指针。 4、把直流电压表正确接入电路
[测试测量]
电流测试仪是电器泄漏电流测量的理想仪器
  电是一个既有用又危险的资源,在我们日常生活当中,没有电就没有办法进行正常的生活和生产,因此是我们生活中*的资源,但是有电就意味着有危险,漏电、跑电现象都会对人身造成威胁,甚至会有生命危险。   泄漏电流是指在*施加电压的情况下,电气中带相互绝缘的金属零件之间,或带电零件与接地零件之间,通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流称为泄漏电流。按照美国UL标准,泄漏电流是包括电容耦合电流在内的,能从家用电器可触及部分传导的电流。泄漏电流包括两部分,一部分是通过绝缘电阻的传导电流I1;另一部分是通过分布电容的位移电流I2,后者容抗为Xc=1/2πfc与电源频率成反比,分布电容电流随频率升高而增加,所以泄漏电流随电源频率升高而增加。  
[测试测量]
电阻、分流器在电流测量中的应用?
  分流器在原理是一个电阻,《GB/T 2900.79-2008电工术语》对分流器的定义,分流器是与测量仪器仪表的电流电路并联,以扩大其测量范围的电阻器。但是在实际的电流测量中,分流器与电阻有很大的区别。 一、电阻、分流器在电流测量中的应用?   传统上,将测量中小电流的称为电阻,测量大电流的电阻称为分流器。电阻、分流器是应用最广泛的电流测量方式,让电流通过电阻,测量电阻两端的电压降。它直接应用欧姆定律,将电流信号转换为电压信号。该方式应用简单,操作方便,成本低廉。   这种测量方式的精度取决于电阻的精度、温度系数、时间稳定性。受限于电阻材料特性,电阻的阻值并不是一成不变的,而是随着温度、频率、时间等发生变化。比如普通电阻
[测试测量]
Vishay发布2016年“Super 12”明星精选产品
宾夕法尼亚、MALVERN 2016 年 3 月9 日 日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)公布了2016年的 Super 12 特色产品。每年,Vishay都会挑出12款半导体器件和无源元件,这些器件采用新的和改进后的技术,能够显著提高终端产品和系统性能。Vishay的Super 12明星精选产品代表了公司在半导体和无源器件领域的领先水平,让人能够从中管窥Vishay宽泛的产品组合。 2016年的Super 12明星精选产品如下: Vishay T58系列vPolyTan 固钽表面贴装片式电容器 T58系列采用聚合物钽技术和Vishay的高效MicroTan
[半导体设计/制造]
Vishay发布2016年“Super 12”明星精选产品
差分输出、电流模式DAC的参数和测量方法
  本文中,将以MAX5891 作为测量和规格说明的特例。但所介绍的参数和测量方法可以用于其他的差分输出、电流模式DAC。   线性参数说明   定义数据转换器线性精度主要有两个参数:积分(INL)和差分(DNL)非线性。INL是输出传输函数和理想直线之间的偏差;DNL是转换器输出步长相对于理想步长的误差。   可以采用两种方法之一对INL进行定义:(1)端点INL或(2)最佳拟合INL。端点INL是采用DAC传输函数端点测得的实际值计算转换器的线性度;最佳拟合INL则是计算传输函数的斜率获得INL的峰值。   图1a. 端点积分非线性误差   图1b. 最佳拟合积分非线性误差   图1a和图1b以图形的形式显
[测试测量]
差分输出、<font color='red'>电流</font>模式DAC的参数和<font color='red'>测量</font>方法
测量电流的两种无损电流感测方法
我们几乎总需要测量一些类型的电流。在上篇文章中,我介绍了测量电流的两个主要原因,以及采用损耗电流感测技术进行测量的几个方法。本文将重点介绍无损电流感测技术。 使用已有电路元件!我们将介绍两种采用已有电路元件进行电流感测的方法。这两种方法是电感器 DCR 感测和 FET 感测。 电感器 DCR 感测并不是特别精确,但已足够了。电感器的 DCR 通常近似于 +/- 10%。温度系数会因铜而发生变化,您可能会得到一些很不准确的测量值。可取之处是在 DCR 网络之后,您最终可得到不含开关噪声的、非常干净的信号。图 1 是从电感器的 DCR 提取电流信息所需的网络。 通过以下公式选择该网络的组件: 在设置 DCR 网络
[测试测量]
<font color='red'>测量</font><font color='red'>电流</font>的两种无损<font color='red'>电流</font>感测方法
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
最新测试测量文章
换一换 更多 相关热搜器件
随便看看
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved