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(jìn)步正在迅速改變我們的世界。由于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(tǒng)正在向全自動化和電氣化方向發(fā)展。事實上，我們正處于聚焦于自動化和智能監(jiān)控的第四次工業(yè)革命，也稱為工業(yè)4.0時代。隨著電氣化革命的全面展開，高壓系統(tǒng)在實現(xiàn)更高的效率和性能方面的作用越來越突出。
在高壓系統(tǒng)中，信號和電源隔離有助于保護人員和關(guān)鍵電路免受高壓交流或直流電源和負(fù)載的影響。隨著系統(tǒng)集成了更多的電氣功能，人們目前正在努力進(jìn)一步縮小這些系統(tǒng)的體積。在縮小體積的同時如何降低系統(tǒng)成本和設(shè)計復(fù)雜度，并維持系統(tǒng)的高性能，對工程師來講是一個全新的挑戰(zhàn)。
電流檢測通常用于高壓系統(tǒng)中的過電流保護、監(jiān)控和診斷以及閉環(huán)控制。電流檢測通常需要高精度的負(fù)載監(jiān)測和控制，以較大限度地提高效率。例如，功率因數(shù)校正電路需要精確地檢測交流電流，以提高系統(tǒng)效率并監(jiān)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。由于每個系統(tǒng)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(yīng)用選擇合適的電流檢測技術(shù)。
在高壓應(yīng)用中測量電流的三個主要選擇是使用基于分流電阻的隔離放大器、閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器或開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器。
如表1所示，隔離式電流傳感器和閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器具有較高的精度和隔離度，但它們比開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器更昂貴、體積更大。因此，如果高精度是您的首要考慮因素，那么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(shè)計至關(guān)重要，則開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感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(xiàn)高壓隔離測量，且不需要外部元件，但是傳統(tǒng)的開環(huán)霍爾電流傳感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(yīng)電流傳感器解決了這個問題——這是TI首款開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器，很好地實現(xiàn)了精度、體積和成本的平衡。它的零點漂移架構(gòu)、實時靈敏度補償和可靠的3-kV隔離，可在高壓系統(tǒng)中隨時間和溫度提供一致、準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
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基于分流的隔離電流傳感器
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閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器
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開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器
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現(xiàn)有設(shè)備
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TMCS1100
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解決方案尺寸
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–
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– –
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+ +
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+ +
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所需的外部組件
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1 - 3
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2 - 5
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0
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0
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解決方案成本
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–
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– –
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+ +
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+ +
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精度
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+ +
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+ +
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–
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+
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偏移和靈敏度漂移
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+ +
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+ + +
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– –
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+
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隔離壽命
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+ +
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+ +
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–
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+
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表1：隔離式電流檢測測方案比較
TMCS1100提供小于1%的總誤差電流測量，其零漂移高精度信號鏈結(jié)構(gòu)改善了器件溫漂，并且不再需要額外的多點校準(zhǔn)。此外，這種精度使系統(tǒng)的效率更高，從而實現(xiàn)更精確的控制，同時將需要高精度隔離電流測量的設(shè)計復(fù)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(zhì)隔離。
圖2：TMCS1100可實現(xiàn)對時間和溫度的一致、精確測量。
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