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“低漂移+隔離雙向采樣”加持霍爾電流傳感

已有19274次閱讀2022-01-20標(biāo)簽:

 根據(jù)不同的變換原理，在電流傳感上目前有基于霍爾效應(yīng)的，有基于電磁感應(yīng)的，有基于磁通門(mén)的等等。不同的原理目標(biāo)都是一樣的，就是將大電流轉(zhuǎn)換成同頻同相的小電流方便測(cè)量或者隔離。

其中最經(jīng)典的莫過(guò)于霍爾電流傳感器了，即利用霍爾磁平衡原理來(lái)對(duì)各種類(lèi)型的電流實(shí)現(xiàn)測(cè)量。在霍爾元件的控制電流端輸入被測(cè)電流，同時(shí)在霍爾元件平面的法線方向施加磁場(chǎng)，這樣霍爾元件的輸出端便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)霍爾電勢(shì)，該電勢(shì)的波形與輸入電流一致，因此可以精確地反映出被測(cè)電流的變化情況。

不論是開(kāi)環(huán)電流傳感器還是閉環(huán)電流傳感器，其基本的性能并沒(méi)有太大差異，主要看能不能做到高精度低漂移。除了這些性能特點(diǎn)，隔離式的采樣也逐漸受到重視。

MPS電流傳感器

 

MPS的MCS18xx電流傳感器系列在系統(tǒng)通信的高電流側(cè)和低電壓側(cè)之間提供高電流監(jiān)測(cè)和高隔離電壓。負(fù)載電流通過(guò)霍爾傳感器感應(yīng)，并顯示為與負(fù)載電流成比例的線性模擬電壓。CS18xx電流傳感器系列能夠?qū)﹄s散磁場(chǎng)免疫，顯著提高傳感器的精度；而且使用了隔離式雙向霍爾效應(yīng)來(lái)采樣AC或DC電流，其低于1mohm的電阻導(dǎo)電路徑可最大限度地減少功率損耗，提高效率。

（圖源：MPS）

MCS1800是這個(gè)系列里3.3V單電源供電的電流傳感器，具有低電阻的原邊導(dǎo)體允許電流在包含高精度霍爾效應(yīng)傳感器的IC附近流動(dòng)，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)由集成的霍爾效應(yīng)傳感器在兩個(gè)不同的點(diǎn)感應(yīng)。然后，這兩個(gè)點(diǎn)之間的磁場(chǎng)差被轉(zhuǎn)換成與施加的電流成比例的電壓。因?yàn)椴捎昧瞬罘质絺鞲�，MCS1800能夠抵消任何外部磁場(chǎng)的干擾，精度也大大提升。

MCS1800能測(cè)量±12.5A和±25A的電流范圍，全溫范圍內(nèi)的精度為±3%，內(nèi)部導(dǎo)通電阻僅為1.2mΩ，可調(diào)帶寬高達(dá)100kHz。在測(cè)量上，MCS1800可以做到4μs的輸出上升時(shí)間，且整個(gè)傳感器不會(huì)發(fā)生磁滯后現(xiàn)象，這對(duì)于電流傳感器來(lái)說(shuō)是很難得的。

200VRMS工作電壓可以實(shí)現(xiàn)基本隔離，在電流導(dǎo)體到晶圓之間也集成了屏蔽抑制電容耦合（高達(dá) 10V/ns），所以在隔離上大幅減少了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)外部元器件的使用。這么做還能節(jié)省封裝尺寸，符合當(dāng)下小型封裝的要求。

該系列其他型號(hào)主要是電流測(cè)量范圍的不同，在對(duì)于外部磁場(chǎng)的屏蔽，輸出上升時(shí)間的控制以及隔離的配置上大同小異。整體的精度均控制在±2.5%到±3%之間，原邊導(dǎo)通電阻則控制在0.9-1.2mΩ。

TI電流傳感器

 

TI的電流傳感器同樣基于霍爾效應(yīng)，高精度和低漂移可以說(shuō)是TI電流傳感器的招牌。無(wú)論時(shí)間、溫度如何變化，旗下的電流傳感都能實(shí)現(xiàn)精確的電流測(cè)量。同時(shí)隔離式的霍爾電流傳感器還能顯著延長(zhǎng)傳感器壽命。

TMCS110X這個(gè)系列可以說(shuō)囊括了TI優(yōu)秀的電流傳感產(chǎn)品。先從TMCS1100來(lái)看，這個(gè)型號(hào)是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的零漂移高精度電流傳感器，展現(xiàn)出了出色的線性度和溫度穩(wěn)定性，可以在器件的整個(gè)溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) < 1% 的滿(mǎn)量程誤差。


（圖源：TI）

將高精度再細(xì)致一些，是80kHz的信號(hào)帶寬、全溫度范圍內(nèi)±0.3%的靈敏度誤差、±10.5mA的失調(diào)電壓誤差、0.01mA/℃的失調(diào)電流漂移再加上0.1%的線性度。單論高精度，應(yīng)該沒(méi)有比這更極致的性能了。

導(dǎo)通電阻略高一些可能是該系列稍稍落后的一項(xiàng)指標(biāo)，1.8mΩ在其他指標(biāo)如此優(yōu)秀的情況下的確有一點(diǎn)點(diǎn)扎眼，但也絕對(duì)屬于“低”這一范疇。低導(dǎo)通電阻可最大限度減少功率損耗和熱耗散。所以在分析電流傳感器功率損耗和熱耗散時(shí)，導(dǎo)通電阻值可以給出很大參考。

整個(gè)系列的電流傳感器都具有多個(gè)靈敏度選項(xiàng)，輸出電壓與輸入電流成正比。固定的靈敏度允許TMCS110X使用單個(gè)電源運(yùn)行，因此消除了比例式誤差并提高了電源噪聲抑制能力。

該系列同樣能提供單向和雙向采樣，雙向采樣依舊有隔離防護(hù)，固有的電鍍絕緣在電流路徑與電路之間提供了600V基本工作隔離電壓和3kV電介質(zhì)可承受隔離電壓，這種集成式的電氣屏蔽可提供出色的共模抑制和瞬態(tài)抗擾度保護(hù)。

小結(jié)

 

高精度低功耗無(wú)疑是所有傳感器廠商都不會(huì)停止的追求。而在這些最基本的要求之外，芯片級(jí)的集成越來(lái)越普遍，為了提高溫度穩(wěn)定性，為了提高抗干擾性，多功能集成的隔離式電流傳感器受到越來(lái)越多的青睞。
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