借助微型傳感器實現(xiàn)電流精準測量
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在不同的測量應用中，除了需要在特定的時刻檢測電流以外，還對測量精度(絕對精度以及整個生命周期內的精度)、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，初級電流在環(huán)形鐵芯中產生磁場，該磁場進而由霍爾傳感器轉換為測量電壓。同時，初級電流產生的磁通量集中在磁路內。對于閉環(huán)傳感器，初級電流產生的磁通量在次級繞組的幫助下達到平衡，在這一過程中使用了具有相關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)，在產品整個生命周期內為1.6%。
圖1：TLI4970在整個溫度范圍和生命周期內都具有極高的精度—最高為1.0%(0h)，在整個生命周期內最高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，采用經驗證可靠的霍爾效應技術，在初級側(導電軌)與次級側(微控制器接口)之間進行電流隔離。無磁通量集中器的“無鐵芯”設計(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，無需外部校準或額外器件(比如模數(shù)轉換器、運算放大器或參考電壓)。這樣可相應簡化系統(tǒng)設計，同時減小PCB面積并降低成本。
圖2：采用行業(yè)內最小封裝的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。這些因素會對電流測量精度產生不利影響，因此系統(tǒng)設計需要相應采取預防措施。TLI4970集成了單獨的溫度和機械應力測量結構，因此不會受到這些不利因素的干擾。運行期間通過分別測量這兩個變量，即可始終確保有效補償—這是長期測量穩(wěn)定性的基礎，因此可確保逆變器和電機的高效、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、充電設備和電力驅動設備等應用中測量高達±50A的交流和直流電流。非接觸式測量方法不會產生任何額外功耗，使其成為省電設計的理想選擇(Rp＜0.6mΩ)。由于該產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，還能在功率級提供有效保護。外部短路會導致嚴重過流。為確保延遲時間盡量短，TLI4970提供單獨的信號通道進行防護。傳感器僅需1.8μs即可檢測到相關故障狀況。要對過流閾值進行微調以達到應用要求，系統(tǒng)開發(fā)人員可以在傳感器中設定電流值和后續(xù)濾波功能。
由于TLI4970的電流通路集成于SMT封裝中，因此在裝運前可以對其進行校準。這樣客戶根本無需在組裝后再進行復雜的校準。
TLI4970是一款首批通過16位SPI接口(13位電流值)提供測量結果的電流傳感器。TLI4970集成了差分放大器、濾波器和信號處理功能，支持使用高達600V工作電壓和3.6kV測試電壓進行電流隔離測量。
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