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降低用电流传感器和铁磁芯进行大电流测量时的涡流影响

作者:Allegro 时间:2018-11-10来源:电子产品世界收藏

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201811/394146.htm

  用周围的铁磁芯测量母线排电流是一种常见技术。对于电动汽车充电等高于200A的大电流测量,建议使用专业的,比如与磁芯结合使用的A1367(图1)。交流输入往往在磁芯中产生涡流,这些涡流可以改变受测磁场,降低电流测量精度。本文重点讨论交流电对电流测量的影响。请注意,本文中的所有结果均来自Ansys Maxwell软件进行的电磁仿真。

  图1:采用磁芯和 A1367构成的典型大电流测量系统。

  测量原理

  理想情况下,气隙中的磁场H与母线排或电流导线中的输入电流I完全成比例。因此,用线性磁场传感器测量该磁场,并表征输入电流和磁场之间的系数以测量该输入电流就足够了。该系数SC称为耦合因子或核心灵敏度。然而,该耦合因子仅在有限的电流和频率范围内是恒定的,该系数的任何变化都会导致输入电流测量误差,典型的精度要求在测量电流的几个百分点内。

  涡流电流

  涡流是伦茨定律(Lenz’s Law)的直接效应,它表明了由于变化的磁场在导体中产生的感应电流的方向和大小,该电流产生的磁场总是与导致感应电流的磁场变化相反。在使用铁磁芯的交流应用中,随切向磁场的变化,会在芯内部感应出涡电流。图2是YZ横截面示意图,表示大铁芯中的涡电流。这些涡流产生与激励磁场Hexc相反的感应磁场Heddy。这在传感器层面上表现为测量的核心灵敏度SC降低,或者说是电流测量误差。

  图2:大磁芯中的涡流示意图。

  为了减小涡流,必须切断磁芯中的电流路径。使用薄片层叠芯可以实现这一点。这些薄片必须彼此电隔离。

  层叠可以通过Y方向,或者通过Z方向叠片来实现(图3)。涡流虽然还存在,但幅度已经减小。

  图3:叠层铁芯和相应的涡流:轧制(左)和堆叠(右)

  A1367典型应用

  这里考虑将 A1367LKT线性传感器IC应用于典型的高电流应用。此应用中的最大峰值电流为600A,几何结构如图4所示。沿Z轴的核心长度为6mm。磁芯由铁磁材料制成,如具有典型磁特性的晶粒取向硅钢,如图5所示。初始相对磁导率为10000,饱和时的磁极化为1.8T。注意,为简单起见,不考虑磁滞,磁芯电阻率为45μΩ/cm。

  图4:磁芯设计。

  图5:核心磁特性。


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关键词: 电流传感器 Allegro

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