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详细介绍电流传感器的抗干扰性和频特性
2020-10-21

电流传感器,具备精度高、温度稳定性好等一系列显著优点。它使用了先进新型磁调制零磁通技术,工作原理不同于传统霍尔电流传感器,具备新特性,使用中需注意的事项如下。

      

        


其中,IPmax为最大原边可测电流(直流电流或交流电流的峰值),KN为原边-副边电流变比,Vcc为电源供电电压,V0为内部预留的电压,一般取3V。

RL为负载电阻,Ri为内部线圈的内阻。

由公式1可以看出,在KN固定的情况下,最大可测电流与电源电压Vcc正相关,与电阻RL、Ri负相关。

线圈内阻Ri受温度的影响入下公式所示:

公式二  Ri= Ri0[1+(T-25) α]      

其中,Ri0 为线圈在25℃下的内阻,T为线圈温度,α为铜的温度系数,α=0.004

随着温度上升,线圈内阻会增大,导致最大测量能力下降。

传感器工作时消耗的电流为:

公式三 IS =ISO +IP/KN  

其中,ISO 为原边电流IP=0 时,传感器消耗的电流。 

传感电路的总功耗(包括传感器和负载电阻的功耗)

公式4  P=VccIS

传感器内的功耗,主要是内部线圈和功率管的消耗,其中功率管的消耗会产生热量,导致温升,极端情况下可能会引起功率管过热,导致寿命下降甚至过热损坏。

为避免能量浪费、效率下降和加重功率管负担,应尽可能取满足最大测量能力的最低电源电压,尤其是传感器工作于高温环境下。说明书内的电源电压给出的值可满足给定量程,如果最大测量值明显低于量程,供电电压可适当降低,如15V供电的传感器,最低工作电压为10V,建议取12V以上。18~24V供电的传感器,最低工作电压为18V,请勿进一步下降。

    如果需要增大传感器的测量能力,电源电压可小幅上升,如15V供电的传感器可提升为最高18V,但此时需注意,功率管上的功耗需严格控制。

二、 过量程保护和自恢复功能

磁调制式传感器不同于传统的霍尔电流传感器,后者在超过最大测量能力的情况下,可达到并保持在磁饱和状态,即停留在最大输出位置。而磁调制式传感器只能工作于零磁通状态,在超过最大测量能力的情况下,即处于非零磁通状态时,并不能停在最大输出位置。此时触发内部自恢复功能使得输出进入扫描状态,输出与输入完全无关。此时,Valid指示灯熄灭。原边电流一旦恢复到量程内,自恢复功能会使传感器马上会进入正常工作状态(一般时间为百毫秒量级)。

避免上述情况出现,可通过负载电阻RL与两个反串的齐纳二极管或双向TVS管并联,当RL上的电压达到二极管的反向导通电压后,二极管导通分流,相当于一个可变电阻,此时,传感器的输出电压可停留在最大输出电压的位置。

上述做法是有限度的,即RL并联二极管的总阻值不可能低至0,超过公式1决定的最大测量能力,内部仍然会进入扫描状态。请尽量避免此状态出现,如果不能避免,此状态下应中断测量。

除超过量程外,正负供电电源上电不同步、单路电源掉电等因素均可能触发自恢复功能。

三、精度考虑


传感器的输出精度,与负载电阻RL有关系,尤其是测量交流情况下。一般来说,RL值越小,测量精度越高。一般应使RL上的电压不超过3V。

电流母线请尽可能位于测量孔径中心位置,利于精度提升,虽然偏离中心造成的精度下降远远低于霍尔电流传感器,但仍有一定程度下降。

传感器的输出精度会受到温度的影响,但对磁调制式电流传感器来说,温度的影响很小,说明书标注的精度为全温区精度。

四、 频率特性

该类传感器在2KHz以内,可获得很高精度的测量结果。随着频率继续提升,精度下降的速度加快,同时,最大测量能力也会随之下降。如果测量高频交流电流,需注意传感器量程的频率降额特性。

磁调制传感器在调制频率处,会有一定的纹波,一般在2~20uArms左右,对小电流输入信号的测量精度会产生一定的影响。



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