借助微型傳感器實(shí)現(xiàn)電流精準(zhǔn)測量
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在不同的測量應(yīng)用中，除了需要在特定的時(shí)刻檢測電流以外，還對測量精度(絕對精度以及整個(gè)生命周期內(nèi)的精度)、外部干擾抑制、防修改、量程、功耗、帶寬、尺寸及成本等有不同的要求，因此存在測量電流的不同方法。
基于磁場的傳感器可分為開環(huán)配置型和閉環(huán)配置型兩種。對于開環(huán)傳感器，初級(jí)電流在環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁場，該磁場進(jìn)而由霍爾傳感器轉(zhuǎn)換為測量電壓。同時(shí)，初級(jí)電流產(chǎn)生的磁通量集中在磁路內(nèi)。對于閉環(huán)傳感器，初級(jí)電流產(chǎn)生的磁通量在次級(jí)繞組的幫助下達(dá)到平衡，在這一過程中使用了具有相關(guān)電子器件的霍爾傳感器。由于存在鐵芯損耗、飽和與遲滯現(xiàn)象以及長時(shí)間漂移，以上兩種方法均有局限性。與傳統(tǒng)帶磁芯的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)相比，TLI4970顯著提升了測量精度(圖1)。其精度最大為1%(0h)，在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)為1.6%。
圖1：TLI4970在整個(gè)溫度范圍和生命周期內(nèi)都具有極高的精度—最高為1.0%(0h)，在整個(gè)生命周期內(nèi)最高1.6%。
高精度微型電流傳感器TLI4970
TLI4970是英飛凌科技公司(Infineon)推出的高精度電流傳感器，采用經(jīng)驗(yàn)證可靠的霍爾效應(yīng)技術(shù)，在初級(jí)側(cè)(導(dǎo)電軌)與次級(jí)側(cè)(微控制器接口)之間進(jìn)行電流隔離。無磁通量集中器的“無鐵芯”設(shè)計(jì)(如在開環(huán)配置中)可讓封裝尺寸顯著縮小且不存在任何遲滯現(xiàn)象。傳感器采用體積極小的SMD封裝，所需面積僅為類似芯片的1/4(圖2)。此外，差分測量方法對雜散場存在出色的抑制作用。完全數(shù)字化傳感器使用方便，無需外部校準(zhǔn)或額外器件(比如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器或參考電壓)。這樣可相應(yīng)簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)減小PCB面積并降低成本。
圖2：采用行業(yè)內(nèi)最小封裝的TLI4970節(jié)省在PCB中所占的空間。
TLI4970傳感器采用了差分測量方法，可抑制外部磁場帶來的干擾。因此，傳感器能夠達(dá)到僅為25mA的極低的偏移。對于傳統(tǒng)的電流測量方法，測量精度始終受環(huán)境條件(例如溫度)的限制，此外，還存在大量不確定性漂移和老化現(xiàn)象。這些因素會(huì)對電流測量精度產(chǎn)生不利影響，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要相應(yīng)采取預(yù)防措施。TLI4970集成了單獨(dú)的溫度和機(jī)械應(yīng)力測量結(jié)構(gòu)，因此不會(huì)受到這些不利因素的干擾。運(yùn)行期間通過分別測量這兩個(gè)變量，即可始終確保有效補(bǔ)償—這是長期測量穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因此可確保逆變器和電機(jī)的高效、可靠性和高成本效益。
采用TLI4970可在太陽能逆變器、有功率因數(shù)校正(PFC)的電源、充電設(shè)備和電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備等應(yīng)用中測量高達(dá)±50A的交流和直流電流。非接觸式測量方法不會(huì)產(chǎn)生任何額外功耗，使其成為省電設(shè)計(jì)的理想選擇(Rp＜0.6mΩ)。由于該產(chǎn)品集成了雜散場抑制功能，傳感器在有外部磁場的情況下仍可保持高度的魯棒性。
TLI4970除了可精確地測量電流外，還能在功率級(jí)提供有效保護(hù)。外部短路會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重過流。為確保延遲時(shí)間盡量短，TLI4970提供單獨(dú)的信號(hào)通道進(jìn)行防護(hù)。傳感器僅需1.8μs即可檢測到相關(guān)故障狀況。要對過流閾值進(jìn)行微調(diào)以達(dá)到應(yīng)用要求，系統(tǒng)開發(fā)人員可以在傳感器中設(shè)定電流值和后續(xù)濾波功能。
由于TLI4970的電流通路集成于SMT封裝中，因此在裝運(yùn)前可以對其進(jìn)行校準(zhǔn)。這樣客戶根本無需在組裝后再進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)。
TLI4970是一款首批通過16位SPI接口(13位電流值)提供測量結(jié)果的電流傳感器。TLI4970集成了差分放大器、濾波器和信號(hào)處理功能，支持使用高達(dá)600V工作電壓和3.6kV測試電壓進(jìn)行電流隔離測量。
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