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电流传感器电源消耗电流计算
admin 2019-05-13

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电流传感器由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和无插入损耗等诸多优点,因而被广泛应用于变频器、逆变器、电源、电焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测的大电流、电压等各个领域中。传感器需用到直流电源供电才可正常工作,在做产品设计时需要考虑其功率消耗,本文基于传统的霍尔电流传感器,精确计算其电流消耗,并利用LTspice软件进行仿真,所推导的理论计算公式可为产品设计提供参考。

电流传感器工作原理

从工作原理上,电流传感器可以分为开环电流传感器和闭环电流传感器。

开环电流传感器

6号彩票导航网开环电压传感器的工作原理

传感器的磁芯使用软磁材料,原边电流产生磁场通过磁芯聚磁,在磁芯切开一个均匀的切口,磁芯气隙处磁感应强度与原边电流成正比,元件两端感应到的霍尔电压的大小与原边电流及流过霍尔元件电流的乘积成正比,电压经过放大后作为传感器的输出。其输出关系式满足:VOUT=K*IP*IHall

其中K为固定的常数,其大小通常与磁芯的尺寸,材料性质,气隙开口的宽度,以及处理电路的放大倍数有关。

l闭环电流传感器的工作原理:

闭环电流传感器在开环的基础上增加了反馈线圈,元件两端感应到的电流经过放大后控制后端的三极管电路产生补偿电流,补偿电路流过缠绕在磁芯上的线圈,产生的磁场与原边电流产生的磁场方向相反,当磁芯气隙处的磁场强度补偿为0时,传感器的输出满足IS=IP/KN,

传感器的功耗计算

开环电流传感器的功耗计算

对于开环电流传感器, 电源线卷线盘因为其输出信号为电压,所以其功耗相对较为稳定。通常电流传感器的电流设计为采用正负电源供电,其额定输出电压一般为几伏,一般不超过10伏。输出端对负载的要求一般为大于10KΩ,所以流过负载的电流一般小于1个mA。通常开环传感器的电流消耗小于15mA。电流消耗主要是元件消耗的电流,流入元件两端的电流通常要求小于20mA,LEM的产品电流通常在10mA左右。另外在调压支路还有几mA的电流消耗。这样开环传感器的电流消耗可以维持在十几mA的水平内,通常说明书上标的都是不超过15mA。

闭环电流传感器的功耗计算

闭环传感器输出信号为电流,其功耗相对于开环传感器多很多,下面以LF 205-S为例来分析闭环电流传感器的电流消耗。图3为LF 205-S的原理示意图,

从图中可以看出闭环电流传感器的主要电路包括几部分:首先是元件的驱动电路,传感器可以测量准确的前提是首先要给元件提供一个稳定的电流,通常在10mA左右。一般可通过稳压二极管和三极管来实现。这一部分的电流消耗主要集中在元件,按照通常的设计流过元件的电流控制在10mA以内。

其次是补偿电流驱动电路,对于输出电流较小的传感器,补偿电流驱动电路可只由运放组成。而对于需要输出较大电流的传感器,补偿 自动卷线盘电流驱动电路通常由运放和一对串联的三极管电路组成。此部分消耗的电流通常很小,一般为几个mA。

补偿电流产生电路,在前面补偿电流驱动电路的驱动作用下,三极管输出补偿电流。三极管补偿电流即是传感器的输出电流,其大小取决于原边被测电流。在静态即无被测电流的情况下,无补偿电流输出。所以对于闭环电流传感器,其静态电流主要是驱动电流和补偿电流驱动电路电流两部分的总和。

因为此时输出电流为零,所以传感器从+VC和-VC消耗的电流相等。即IC0 (+VC)= IC0 (-VC)
对于电源消耗功率的计算,因为传感器采用直流电源供电,电压稳定不变,所以传感器的平均功耗功率为VC*IVCave。根据前面的推导,使用开环电流传感器时+VC和-VC消耗电流基本相等。可按照说明书上给出的IC值来选择电源功率。而使用闭环电流传感器时,因为+VC和-VC消耗电流的大小取决于被测电流方向和幅值。测量直流时如果方向不变,则+VC和-VC消耗电流会相差较大,具体可按照上面的推导方法来分别计算+VC和-VC平均消耗的功率。测量交流时,消耗电流的波形为一直流叠加了半个周期的正弦波,精确的计算可按照上面推导的公式来计算。因上面的推导公式需要较多计算,简便的算法可按照I0+IS来估算

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