從自動駕駛汽車到飛機再到工廠車間，電氣化和自動化的進步正在迅速改變我們的世界。由於性能和可靠性的提高，以及總壽命成本的降低，以前的手動、機械或混合系統正在向全自動化和電氣化方向發展。事實上，我們正處於聚焦于自動化和智慧監控的第四次工業革命，也稱為工業4.0時代。隨著電氣化革命的全面展開，高壓系統在實現更高的效率和性能方面的作用越來越突出。
在高壓系統中，信號和電源隔離有助於保護人員和關鍵電路免受高壓交流或直流電源和負載的影響。隨著系統集成了更多的電氣功能，人們目前正在努力進一步縮小這些系統的體積。在縮小體積的同時如何降低系統成本和設計複雜度，並維持系統的高性能，對工程師來講是一個全新的挑戰。
電流檢測通常用於高壓系統中的過電流保護、監控和診斷以及閉環控制。電流檢測通常需要高精度的負載監測和控制，以較大限度地提高效率。例如，功率因數校正電路需要精確地檢測交流電流，以提高系統效率並監控能耗。高壓電機還需要精確的電機相線電流感測，以便精確控制電機的扭矩。由於每個系統的特性會有許多不同的要求，本文將重點介紹如何為您的高壓應用選擇合適的電流檢測技術。
在高壓應用中測量電流的三個主要選擇是使用基於分流電阻的隔離放大器、閉環霍爾效應電流感測器或開環霍爾效應電流感測器。
如表1所示，隔離式電流感測器和閉環霍爾效應電流感測器具有較高的精度和隔離度，但它們比開環霍爾效應電流感測器更昂貴、體積更大。因此，如果高精度是您的首要考慮因素，那麼這兩種方法中的任何一種都可以滿足您的需求。
如果尺寸和成本對您的設計至關重要，則開環霍爾效應電流感測器可能是您的不二選擇。如表1所述，它們可以在簡單、小尺寸的情況下實現高壓隔離測量，且不需要外部元件，但是傳統的開環霍爾電流感測器隨時間和溫度漂移很大，這就限制了它們的精度。
TI最新的TMCS1100零漂移霍爾效應電流感測器解決了這個問題——這是TI首款開環霍爾效應電流感測器，很好地實現了精度、體積和成本的平衡。它的零點漂移架構、即時靈敏度補償和可靠的3-kV隔離，可在高壓系統中隨時間和溫度提供一致、準確的測量結果。
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基於分流的隔離電流感測器 |
閉環霍爾效應電流感測器 |
開環霍爾效應電流感測器 |
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現有設備 |
TMCS1100 |
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解決方案尺寸 |
– |
– – |
+ + |
+ + |
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所需的外部組件 |
1 - 3 |
2 - 5 |
0 |
0 |
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解決方案成本 |
– |
– – |
+ + |
+ + |
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精度 |
+ + |
+ + |
– |
+ |
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偏移和靈敏度漂移 |
+ + |
+ + + |
– – |
+ |
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隔離壽命 |
+ + |
+ + |
– |
+ |
表1：隔離式電流檢測測方案比較
TMCS1100提供小於1%的總誤差電流測量，其零漂移高精度信號鏈結構改善了器件溫漂，並且不再需要額外的多點校準。此外，這種精度使系統的效率更高，從而實現更精確的控制，同時將需要高精度隔離電流測量的設計複雜性降至較低，如圖2所示。此外，TMCS1100在電流路徑和電路之間提供600-V基本工作隔離和3-kV介質隔離。
圖2：TMCS1100可實現對時間和溫度的一致、精確測量。
您可以在“高精度霍爾電流感測器助力功率系統的性能和效率提升”白皮書中進一步瞭解更多這種基於磁的電流感測方法的優點，包括更高的精度、更低的漂移和可靠的3-kV隔離。
其他資源
請參閱以下應用報告：
“帶非比率式磁流感測器的精密設計。”
“低漂移、精密、串流式隔離磁電機電流測量。”
瞭解有關TMCS1100電流感測器的更多資訊。
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