借助微型传感器实现电流精准测量
在不同的测量应用中，除了需要在特定的时刻检测电流以外，还对测量精度(绝对精度以及整个生命周期内的精度)、外部干扰抑制、防修改、量程、功耗、带宽、尺寸及成本等有不同的要求，因此存在测量电流的不同方法。
基于磁场的传感器可分为开环配置型和闭环配置型两种。对于开环传感器，初级电流在环形铁芯中产生磁场，该磁场进而由霍尔传感器转换为测量电压。同时，初级电流产生的磁通量集中在磁路内。对于闭环传感器，初级电流产生的磁通量在次级绕组的帮助下达到平衡，在这一过程中使用了具有相关电子器件的霍尔传感器。由于存在铁芯损耗、饱和与迟滞现象以及长时间漂移，以上两种方法均有局限性。与传统带磁芯的开环和闭环系统相比，TLI4970显著提升了测量精度(图1)。其精度最大为1%(0h)，在产品整个生命周期内为1.6%。
图1：TLI4970在整个温度范围和生命周期内都具有极高的精度—最高为1.0%(0h)，在整个生命周期内最高1.6%。
高精度微型电流传感器TLI4970
TLI4970是英飞凌科技公司(Infineon)推出的高精度电流传感器，采用经验证可靠的霍尔效应技术，在初级侧(导电轨)与次级侧(微控制器接口)之间进行电流隔离。无磁通量集中器的“无铁芯”设计(如在开环配置中)可让封装尺寸显著缩小且不存在任何迟滞现象。传感器采用体积极小的SMD封装，所需面积仅为类似芯片的1/4(图2)。此外，差分测量方法对杂散场存在出色的抑制作用。完全数字化传感器使用方便，无需外部校准或额外器件(比如模数转换器、运算放大器或参考电压)。这样可相应简化系统设计，同时减小PCB面积并降低成本。
图2：采用行业内最小封装的TLI4970节省在PCB中所占的空间。
TLI4970传感器采用了差分测量方法，可抑制外部磁场带来的干扰。因此，传感器能够达到仅为25mA的极低的偏移。对于传统的电流测量方法，测量精度始终受环境条件(例如温度)的限制，此外，还存在大量不确定性漂移和老化现象。这些因素会对电流测量精度产生不利影响，因此系统设计需要相应采取预防措施。TLI4970集成了单独的温度和机械应力测量结构，因此不会受到这些不利因素的干扰。运行期间通过分别测量这两个变量，即可始终确保有效补偿—这是长期测量稳定性的基础，因此可确保逆变器和电机的高效、可靠性和高成本效益。
采用TLI4970可在太阳能逆变器、有功率因数校正(PFC)的电源、充电设备和电力驱动设备等应用中测量高达±50A的交流和直流电流。非接触式测量方法不会产生任何额外功耗，使其成为省电设计的理想选择(Rp＜0.6mΩ)。由于该产品集成了杂散场抑制功能，传感器在有外部磁场的情况下仍可保持高度的鲁棒性。
TLI4970除了可精确地测量电流外，还能在功率级提供有效保护。外部短路会导致严重过流。为确保延迟时间尽量短，TLI4970提供单独的信号通道进行防护。传感器仅需1.8μs即可检测到相关故障状况。要对过流阈值进行微调以达到应用要求，系统开发人员可以在传感器中设定电流值和后续滤波功能。
由于TLI4970的电流通路集成于SMT封装中，因此在装运前可以对其进行校准。这样客户根本无需在组装后再进行复杂的校准。
TLI4970是一款首批通过16位SPI接口(13位电流值)提供测量结果的电流传感器。TLI4970集成了差分放大器、滤波器和信号处理功能，支持使用高达600V工作电压和3.6kV测试电压进行电流隔离测量。
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