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“零漂移”霍尔效应电流传感器

发布时间:2020-08-05 责任编辑:wenwei

【导读】在电动汽车和工业自动化的蓬勃发展的推动下,我们已经看到 用于监视系统性能的高压和交流连接电子设备的数量有所增加。通常可以使用电流传感器来满足该需求,该电流传感器用于测量系统以及随后控制系统。
 
“零漂移”霍尔效应电流传感器
电流传感器用于控制外部电路的示例。图片由德州仪器(TI)提供
 
但是,现代电流传感器仍然在成本,精度和隔离度之间表现出一定的权衡—在为他们的设计选择最实用的设备时,工程师会做出一系列艰难的决定。
 
01 电流传感器类型:开环和闭环
 
电流传感器有许多不同的配置,但它们都可以归结为两种形式:开环和闭环。这两种配置均取决于磁场的操纵,特别是利用霍尔效应(因此称为霍尔效应传感器)。 
 
开环传感器通常由置于磁芯间隙中的霍尔传感器组成。所需的电流会产生一个磁场,该磁场被铁心集中并由霍尔传感器测量。这些传感器非常便宜,但缺乏准确性。
 
开环传感器不准确的主要原因之一是漂移。漂移可以是热漂移,也可以是时间漂移。热漂移表示由于环境温度的变化而引起的设备正常操作行为的变化,而  时间漂移表示由于设备中与年龄相关的变化而引起的行为变化。
 
“零漂移”霍尔效应电流传感器
该图显示了开环传感器。图片由Digi-Key和Honeywell提供
 
另一方面,闭环传感器利用具有高环路增益的反馈网络来防止由于设备变化(即热漂移)而引起的误差。它们具有快速响应,高线性度和高抗电噪声能力,但价格相对昂贵。由于这些原因,经常在要求高精度的应用中选择闭环传感器。
 
02 工程师如何应对漂移
 
工程师可以减轻开环传感器中漂移的影响,以实现高精度,低成本的电流传感器。当前采用了一些技术。 
 
这些技术之一是使用集成了精确匹配的电阻性增益网络的电流检测放大器,该网络将使增益误差的温度漂移效应最小化。
 
“零漂移”霍尔效应电流传感器
ADI公司的电流检测放大器(AD8410)示例,以降低漂移效应。图片由Analog Devices提供
 
据麻省理工学院的吉姆·爱尔兰说,另一种技术是考虑漂移并相应地校准结果。本质上,如果人们可以理解特定传感器中的漂移,则可以对其进行校正。
 
03 TI的“零漂移”霍尔效应电流传感器
 
TI宣布了他们的“ 业界首款零漂移霍尔效应电流传感器”。据说,即使在温度变化和设备老化的影响下,这些新芯片TMCS1100和TMCS1101仍可提供高性能。 
 
“零漂移”霍尔效应电流传感器
TMCS1100磁电流传感器芯片。图片由德州仪器(TI)提供
 
这些要求得到0.45%的总最大热漂移和0.5%的寿命灵敏度漂移的支持。TI声称这些数字分别比其他磁电流传感器低200%和100%。
 
04 零漂移开门
 
如今,对电流测量设备的监视和控制电气系统有很多需求,希望能够防止故障。拥有像新的德州仪器(Texas Instruments)霍尔效应电流传感器这样的更精确的开环传感器,将有可能检测出较小水平的性能变化,从而对系统性能有更深入的了解。
 
该消息极大地改善了电流检测精度,并有望在将来帮助改善系统性能,保护和成本。
 
 
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