跟蹤直流大電流的低成本電流監(jiān)控器

　為了測量過載檢測和保護時的直流大電流，設(shè)計者經(jīng)常采用電流并聯(lián)電阻器或環(huán)形磁芯，以及霍爾效應(yīng)磁場傳感器。這些方法都有缺點。例如，用一個10mΩ電阻器測量20A電流會白白耗散掉4W功率?；魻栃?yīng)傳感器可實現(xiàn)精確測量，幾乎不浪費一點能量，但對于簡單的電流監(jiān)控應(yīng)用來說成本較高。

　　本設(shè)計實例描述一種廉價的低功耗電流測量電路，它可用于中等精度的測量。DC/DC轉(zhuǎn)換器輸入線上的濾波器電感可以一物兩用，作為測量電路的一個電流傳感器。一個代表性的鐵氧體磁芯的導(dǎo)磁率會隨著磁芯接近飽和而減小（圖 1）。曲線形狀和數(shù)值依賴于磁芯材料的特性，以及磁芯是否有氣隙。

　　磁芯的導(dǎo)磁率取決于鐵氧體材料的磁通量大小，也就是取決于流經(jīng)磁芯繞組的電流量。本電路采用一個簡單的 LC 振蕩器來測量磁芯的導(dǎo)磁率。初級繞組是在磁芯上繞一匝或多匝，它承擔(dān)測量電流。磁芯上的多匝次級繞組構(gòu)成一個電感器 L，它確定了振蕩器的諧振頻率。

　　理論上說，任何 LC 振蕩器電路都可用于此應(yīng)用，但實際使用時，電流測量繞組表現(xiàn)為低阻抗，這會增加 LC振蕩電路的阻尼，在某些振蕩器電路中造成起振和穩(wěn)定的問題。在各種已測試的振蕩器電路中，圖 2 的設(shè)計能提供最佳性能。影響磁芯導(dǎo)磁率的有許多因素，從而影響到電路的頻率穩(wěn)定性，并限制它對電流過載檢測和低精度電流測量的應(yīng)用。

　　圖3為三家供應(yīng)商提供相同尺寸與相同次級匝數(shù)鐵氧體磁芯的電路輸出頻率與電流特性之間關(guān)系。為獲得最佳線性度，應(yīng)使用低磁滯的磁芯材料。幾乎任何尺寸和材料的磁芯都可用于電路，但需要對振蕩器回路和初級繞組的匝數(shù)作優(yōu)化。當(dāng)加在磁芯上的電流在達到過載值以前就產(chǎn)生飽和時，如果磁芯有氣隙則會增加氣隙。采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)的電路可以改善性能和獲得線性的測量（參考文獻 1）。

參考文獻
1. Nell, Susanne, “Improved current monitor delivers proportional-voltage output,” EDN, Jan 19, 2006, pg 84.