电流测量方法总结报告

电流测量方法调研总结

目前常见的电流测量技术，可根据测量的指导物理原理分为以下四类：以欧姆定律为指导的测量技术，法拉第电磁感应定律为指导的测量技术，通过测量磁场进而测量电流，以法拉第效应（磁致光旋效应）为指导的测量技术。各种测量原理会进一步衍生出不同的测量方法，详细分类如图1所示：

图1电流测量方法分类

表格 1 各种测量方法性能对比

测量带宽直流电流测量精度热漂移（ppm／K）电气隔离测量范围能量损失同轴分流电阻MHz可测0.1%-2%25-300否kA W-kW 表贴分流电阻kHz-MHz可测0.1%-2%25-300否mA-A mW-W Trace电阻kHz可测0.5%-5%50-200否A-kA mW

电流变压器kHz-MHz不可测0.1%-1%<100是A-kA mW 罗氏线圈kHz-MHz不可测0.2%-5%50-300是A-MA mW 霍尔效应kHz可测0.5%-5%50-1000是A-kA mW 磁通门kHz可测0.001%-0.5%<50是mA-kA mW-W AMR传感器

kHz可测0.5%-2%100-200是A mW （闭环无磁芯）

无磁芯开环

GMR／AMR／

kHz可测1%-10%200-1000是mA-kA mW

霍尔传感器

光纤电流测量kHz-MHz可测0.1%-1%<100是kA-MA W

各种测量方法的测量性能各有优缺点，表1所示是各种测量方法的性能对比。由表1结果可知：除了采用法拉第电磁感应定律为指导的电流变压器和罗氏线圈无法直接测量直流电流之外，其他测量方法都能

够测量直流电流；采用欧姆定律的电流测量方法无法为待测量电路与测量电路之间提供电气隔离支持，不过值得注意的是，Trace电阻和电感电阻测量电流的方法并未在测量电路直接接入分流电阻，因此对待测量电路的影响相对较小；磁通门是目前测量精度最高的测量技术，且提供电气隔离和低能量损失等一些优点；磁通门和无磁芯开环AMR、GMR及霍尔传感器是目前可用于隔离测量毫安级直流电流的常用技术手段，但是除磁通门外的其他几种技术的热漂移系数较大。目前有研究者尝试将磁通门集成至PCB中，也有研究者尝试将磁通门集成在芯片内部。另外，IEEE给出了表格2所示的应用建议。

表格 2 各种测量技术的应用限制

体积（mm3）缺陷

分流电阻>25电流过载可导致分流电阻损坏；测量高电流时，能量损耗严重

Trace电阻>25测量精度较差；传感器输出信号较小，需要较高增益的放大器，信号抗噪声能力弱

电流变压器>500测量大电流时需要增磁芯截面积；高压电流测量时，电气隔离效果欠佳；线圈比例增加到一定程度会导致测量带宽下降

罗氏线圈>1000精度受待测量导线位置的影响；难以测量小电流；测量带宽随线圈数量增加而降低霍尔效应>1000热漂移系数大；高频率交流电流会导致传感器过热；发生电流过载时需周期性消磁磁通门>1000工艺复杂；有一定的电压噪声影响；测量带宽随线圈数量增加而降低

AMR传感器

（闭环无磁芯）

>1000容易受到外磁场影响；不适合测量大电流

无磁芯开环

GMR／AMR／霍尔传感器>25

比闭环无磁芯AMR传感器更容易受到外磁场的干扰；当传感器接近电流导体时，表

面电阻效应会影响测量带宽

光纤电流测量>106比磁通门更加复杂，且不适合测量小电流

目前有研究者尝试将几种技术结合，以弥补采用单一技术的一些缺点，例如有研究者将磁通门技术与电流变压器技术结合以提高磁通门测量的带宽；除此之外，也有文献指出巨磁阻抗（giant magneto impedance ，GMI）和隧道磁阻（Tunneling magneto resistance ，TMR）效应是两种有潜在应用价值的前沿技术；其中TMR磁阻变化可高达230%，这从原理上提供了更高精度测量的可能性。