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

　　直流磁芯灵敏度SC的评估范围为0到600A。图6介绍了A1367霍尔板位置的预期测量场和预期的核心灵敏度。正如预期的那样，磁芯磁灵敏度保持恒定，一直到最大电流。核心灵敏度约为2.36G/A。在双极性模式下，A1367使用±2V输出范围。因此，IC灵敏度约为1.4mV/G，推荐的A1367部件选项为A1367-LKTTN-2B-T。图7显示了最大直流电流下的磁芯磁化强度;磁化不会达到饱和。

　　图6：DC磁芯磁性能。

　　图7：600A DC的磁芯磁化强度(特斯拉)。

　　现在，正弦电流以600A的峰值提供给母线。

　　评估三个磁芯：

　　大铁芯

　　沿Z方向层压0.375mm叠片

　　沿Z方向层压0.250mm叠片

　　图8显示了磁芯灵敏度衰减δ随频率的变化。频率f下的衰减百分比定义为：

　　SCf是频率f下的核心磁灵敏度。SC_DC是直流和10A电流值中的核心磁灵敏度。在大磁芯内，灵敏度相对于频率非常快地降低：在100Hz时，这已经很明显(>5%)。或者说，大磁芯仅适用于近直流测量。根据所需的精度，层压铁芯最高可用于若干kHz。正如所料，更薄的叠片可以改善交流性能。

　　图9显示了输入电流和气隙中测量的磁场之间的相移。图9表明由IC测量的磁场滞后于在母线排中流动的交流电流。在叠片铁芯中，对于高于若干kHz的电流频率，该滞后可以高达几个电角度。作为直接结果，由于存在高谐波成分，可以使用显著延迟测量输入电流步长。请注意，衰减和滞后只是源自涡流物理因素。具有无限带宽的完美磁场传感器也会看到这些效果。

　　图10中显示了0.375mm叠片铁芯的衰减与输入电流的关系。在这个曲线中可以看到非常有趣的现象。在低频时，衰减对于电流是恒定的，而衰减在5kHz，300A左右开始下降。涡流引起的磁芯过早饱和是根源。低于300A时，衰减仅仅是由于集中器中的涡流，集中器在图5的线性区域工作。在300A时，涡电流局部产生使磁芯饱和的高磁场。

　　因此，铁芯磁灵敏度在300A时已经下降，而铁芯通常在DC大于600A时饱和。在比较图7和图11中的磁芯磁化强度时，这一点清晰可见。注意，在图11铁芯磁化映射上可见的“噪声”不是真实的，而是由于模拟网格。

　　图12表示在5kHz和600A条件下，0.375mm叠层铁芯截面内的涡流强度密度。

　　图8：在600A交流下的铁芯灵敏度衰减与频率的关系。

　　图9：600A交流下的相移与频率的关系。

　　图10：铁芯灵敏度衰减与电流的关系(0.375mm叠片)。

　　图11：600A，5kHz下的铁芯磁化强度(特斯拉)，0.375mm叠片。

　　图12：铁芯内部的涡流强度密度，0.375mm叠片，5kHz和600A，YZ横截面。

　　结论

　　通过上述分析和测试，我们可以得出下述结论：

　　由于磁芯灵敏度的改变以及输入电流和产生磁场之间的相移，涡电流可引起电流测量误差。

　　通过铁芯叠片减少涡流：叠片越薄，针对频率的性能越好。

　　大铁磁芯仅用于直流测量或小于10Hz的频率非常低的交流。

　　对于频率高达若干kHz的交流测量，推荐使用叠片铁磁芯，叠片厚度为几百微米，所需精度约为几个百分点。

　　对于给定的应用，最坏情况下的测量误差出现在最大应用频率和最大应用电流。

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