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分流器、霍尔电路和集成电路电流传感设计的性能比较

分流器、霍尔电路和集成电路电流传感设计的比较
分流器、霍尔电路和集成电路电流传感设计的比较

从小巧的分流电阻到体积庞大的电流互感器,工程师们采用的范围很广电流测量技术在他们的设计中测量和监控其电路中的电流。但为什么这么重要?因为,在电子设备中,电路有两个主要来源,电压(即电位差)和当前的(这是存在电位差的路径之间的电荷流动)。现在,要读取传感器数据或了解电路的行为(正常运行或短路情况),需要进行电流测量的关键步骤是。

现在,在系统中,需要多少精确电流检测取决于应用要求。在某些情况下,另一方面,1%读取误差可能是至关重要的,在某些地方,阅读公差并不重要。但是,在本文中,我们将描述前三名电流传感技术并区分应用的特性、复杂性、实现成本和错误利润率。闲话少说,直接开始吧。

使用电流检测电阻的电流分流

到那个时刻电流感应,几乎所有的工程师都会同意,如果应用程序允许,他们会考虑在系统中应用电流感应分流电阻。一个电流感应电阻这是因为简单,没有任何大量的元件计数,很少的电阻和运放让这一切成为可能会更有益。这是最常见的测量电流的方法,电流被感知在分流电阻上传感电压降

准确感应隔两件事的成功,参数值检测电阻和现代放大器导致一个完美的组件选择和适当的PCB布局的连接跟踪电阻,电容的运放的痕迹是至关重要的,以避免精度降低。

现在,传感电阻需要首先选择的值,瓦数,ppm,和公差是关键。当使用电流检测放大器时,最重要的设计决策之一是电流检测或分流电阻的选择,其中电阻值和瓦特值是主要的标准。一旦你选择了电阻器,你就需要注意它印刷电路板(PCB)布局实现精确的测量结果。如果您想了解更多关于PCB设计的知识,请查看我们之前关于这个主题的文章。

电阻器的值取决于在应用中支持的最高电流下获得所需的最大电压降。它还可能取决于电力损耗预算,因为较大的值倾向于产生更大的功率损耗转换成比例散热。一旦确认该值,是时候确定电流检测电阻所需的瓦数。它应该高于计算出的典型值。现在,考虑电阻器容差作为电流检测精度的下一个参数可能是优异的,如果0.01%或小于那样,则它将直接冲击感测电压的精度,这将进一步转换为流过电阻器的电流。但是,显而易见的是引用通常被设计者忽视的电阻的另一个重要参数 -电阻温度系数或ppm。在电阻器中,温度系数被指定为每摄氏度百万分之一,这是一个非常重要的参数,因为电阻器的温度会因为功率损耗而显著上升。在实际应用中,当温度漂移显著增加时,公差直接与ppm值相连。

下面给出的图像是单电压电流检测的示例,其中电压降为显着,如欧姆的法律。

单电阻电流传感

然而,即使在考虑了电阻器之后,另一个重要的方面是差分放大器。一个设计良好的当前的读出放大器可在高侧或低侧电流传感中区分少量电压差。测量需要在PCB上进行适当的差分路由,以补偿正输入和负输入之间的电阻差异。开尔文传感技术在这方面是有帮助的。

电流检测放大器电路

电流传感放大器的几个例子- INA210, INA250等。

这种感觉的整体印象

  1. 这是一个非常低的成本,成本意味着电流敏感电阻值和公差。它也依赖于运放。它可以是一个简单的运放,也可以是专门为电流传感应用而设计的差分运放。
  2. 设计方面相当简单。
  3. 选用合适的零件进行设计,误差较小。
  4. 直接不适合感测需要隔离的AC电流。
  5. 不适合非常大的电流应用(20A或更多),因为在这样的范围有更好的选择。
  6. 高边和低边电流检测都需要精心的结构。运算放大器部分可能需要不同的配置。

集成霍尔元件电流传感

电流检测中最常用的电流检测元件之一是电流传感器霍尔元件电流传感在哪里集成IC使用霍尔效应传感器当电流通过终端时,在隔离状态下直接测量电流。它最适合于5A以上的大电流测量,量程可达30 - 50A。它利用霍尔效应将被测电流周围产生的磁场转换为电压的原理。

这种类型的集成霍尔效应传感器可在小型集成电路封装。它不需要额外的电路运行,因为他们已经有一个内置的运放在一个单一的包,可能在某些情况下需要一个简单的电压参考。它有节省空间的特点,由于小的IC足迹和没有额外的组件。

集成霍尔元件电流传感

很少有这样的例子:

  1. ACS712(有不同的变种为+/-5A, +/-10A, +/-20A)。
  2. TMCS1100德州仪器(上至+/-25A)

这种类型的集成电路通过电流隔离线,因此在传感路径和传感电路之间不会有任何电气干扰。它具有较低的误差,通常范围为+/-0.5%到+/-1%的公差。电流可以是单向的,也可以是双向的,其中输出电压不变化,不适合模拟和数字电路。

这种传感技术的总体印象:

  1. 这是一个显著的低成本,但可以高于分流电阻传感方法。
  2. 设计方面很简单
  3. 直接适用于交流电流和直流电流的检测
  4. 在传感元件和传感电路之间提供隔离
  5. 适用于大电流应用(20A或以上)

传统的霍尔效应电流传感

这和电流传感技术是一样的集成霍尔效应电流传感技术.它还利用电流产生的磁场,通过放置在铁芯内的霍尔效应元件将电流转换为电压。它不能用于任何集成电路封装;而是使用传感器,可以放置在电源线或总线排。

它可以提供非常大的电流传感范围,例如200A - 400A等。然而,这种传感器的精度通常很低,而且涉及多个组件,因为输出电压足够小,可以用作测量参考点。它需要一个带增益控制的差分放大器和一个温度补偿电路。要运行这些设备,还需要一个调节器。

传统的霍尔效应电流传感

它的特点是组件成本高,通常是小导体通孔封装,可以很容易地焊接在PCB上,或作为CT变压器或钳形变压器,可以使用在PCB板上。

这种传感技术的总体印象:

  1. 霍尔元件成本低,但与其他方法相比,附加电路的价格可能更高。
  2. 设计方面有点复杂。
  3. 直接适用于交流电流和直流电流的检测。
  4. 在传感元件和传感电路之间提供隔离。
  5. 适用于大电流应用(100A或以上)。

因此,它是一个关于当前的传感技术依赖于不同方面的简要信息。然而,技术的选择总是依赖于应用需求和应用的目标价格。

如果您对使用什么或如何使用组件或组件的选择有任何疑问,请留下评论。我们将帮助您使电流传感尽可能简单。

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