传感器与IC简化电流测量技术
用IC来测量交流与直流电流
传统非破坏性测量交流电的方法依靠保持有选择用于精密测量技术的电流变压器。使用时,电流导体通过电流变压器磁芯形成一个单圈初级线圈。可通过增加穿过磁芯的环路数来增加初级线圈匝数比,以获得更高的灵敏塑封电感器度。经过仔细设计以及平衡同轴负载电阻器,该技术很容易用专用宽带设备（例如可在高达2 GHz频率上工作的泰克公司 (Tektronix) CT6示波器电流探头等）来获得优于±0.5%的日常台式测量精度。常见台式应用包括,在传感器输出驱动示波器50Ω终端电阻、而另一通道测量触发电压时,测量设备开机期间的三端双向可控硅的主端电流。此应用给被测电流带来的负担可忽略不计,且不需要电源。但由于它是一种变压器技术,因此频率响应明显滞后于电源线路频率,且不能测量含直流分量的波形。
采用霍尔效应器件的电流换能器,有助于克服大多数工控应用所要求的从直流至100kHz带宽内的许多应用难题。像霍尼维尔 (Honeywell) 、LEM及Sentron等公司,都提供从数安培至数千安培适宜用作风力涡轮发电机等设备中的监视与控制逻辑的器件。在历史上,由于霍尔半导体器件的本性以及为信号调整电路供电所需的±12 或 ±15V电源电压,此类器件一直都具有不佳的灵敏度与实际的温漂。今天,常常含有斩波自稳放大器的ASIC,可在反馈环路内调整霍尔器件的输出。该环路可将温漂减少一个数量级或一个以上数量级,以提供通常位于VCC/2（其中VCC可以为5V单电源）中心的稳定、比例输出电压,从而简化与ADC的接口。灵敏度改善一般采用将霍尔效应器件夹于电路磁芯末端之间间隙中的磁场聚能器来实现。
同样的例子还包括LEM公司的LTS系列单极、闭环以及采用 5V电源工作的电流换能器。这些具有±6A、±15A及±25A额定初级电流指标的器件,可测量从直流到0.5 dB (100 kHz) 或 -1 dB (200 kHz) 的响应。该系列器件重10克并采用公共通孔安装,封装尺寸大约24 mm长、10 mm宽,在一个12.7mm栅格上有6个引脚,允许用三个串/并连连接至其三组内部线圈上。以此种方式,每一种器件都能提供比其相应额定初级电流分别大1 倍、2倍及3倍的引脚可配置增益。在上述每种情况下,输出电压为2.5V±0.625V,且输出电压线性度在0.5V电源内优于0.1%。此配置允许最高灵敏扁平型电感度的LTS 6-NP器件测量0 ~±19.2A的电流。这些器件的另一个特点是具有一个通过磁芯中心的通孔,因此可在电流载体只有一条通路的情况下,提供另一个允许进行差分测量的单位增益连接。该售价为10美元（批量100片）的器件目前可随处买到,包括从目录分发经销商处买到。其他系列还可提供适合工业仪表中4mA~20mA电流回路的电流输出。这里,可测量双向直流电流的能力适合在大电流电池组中进行隔离测量。
其他通用器件,特别是适合汽车与工业应用的器件,还包括Allegro公司的ACS电流传感器系列。新近增加±5A ~±200A且不断在扩展的霍尔效应传感器系列中的新成员为额定±50A的传感器ACS754-050。就像系列中的其他成员一样,该无铅芯片采用5V电源工作但更换了一个电阻器,通常这能减少二到三个数量级的阻抗、功耗与压降。这种方法可使一些新封装适合于大电流应用。在这种情况下,封装就像额外增添两个具有最小插入损耗并让功率通过封装的真正翼的传统三端功率器件,其内阻刚好为100mΩ。比例电压输出来自于用ICBiCMOS（经过工厂微调达到最小增益与失调误差）构建的斩波自稳霍尔效应IC（图5）。结果在25℃时得到±1%的总输出误差,并在-20℃~+85℃温度范围内保持为±5%。扩展应用显示,在-40℃~+
150℃汽车极端温度范围内误差小于±10%。其35kHz带宽及3 kV rms的输入－输出隔离还适合在电机控制等低频交流应用中使用。ACS754目前售价大约为3.23美元（批量1000片台庆电感）。
Allegro公司欧洲应用经理Bob Christie,针对该公司具有±5A与±15A两个品种的新型8引脚SOIC封装ACS704器件指出,“A一体电感CS704将电流引入SOIC封装以尽可能靠近裸片上的霍尔板来获得更高的精度与灵敏度,同时仍使其内部电阻保持在1.5 mΩ的低水平上。”他补充说,通过将电流路径引入封装,ACS704还能控制漏电以及使其800V-rms电压隔离指标成为可能的间隔距离。该器件可用 5V单电源工作,其输出灵敏度通常可达133 mV/A（5A器件）及100 mV/A（15A器件）。输出电压位于VCC/2中心,并具有代表正电流的正斜率。两型器件都具有直流至50kHz的带宽,从而适合于各种小电流及空间有限的应用。该器件目前已供货,指导售价为1.61美元（批量1000片）。
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