电流传感器应用电路

电流传感器应用电路设计

电流传感器应用电路设计

1.交流电流传感器

交流电流传感器CT实际上是一种变流器，作用是将初级电流变换为次级电流，基本构造如图8-32所示。初级线圈多为1匝，从磁芯穿过，流过的电流为被测电流，次级线圈匝数为N，输出电流为i=I0/N。次级输出电流i 通过负载电阻R L流通，R L两端产生的电压是与被测电流I0成比例的电压，对于同一个CT传感器由R L值可以改变被测电流I0以及输出电压V0的灵敏度。

交流电流传感器主要应用是：检测交流电流的有无，即用于加热器断线的检测及负载的有无；得到与交流电流成比例的电压输出，即用作测量器的输入传感器；检测欠电流或过电流的情况，即检测电动机的过负载、工作机械的制品的加工状况，驱动继电器并输出报警信号等；检测漏电流。

交流电流传感器CT的应用电路举例说明如下。图8-33是检测电流的直流/交流继电器通/断工作电路。其中，图（a）是是检测电流的有无，使外接的直流继电器J通/断的电路实例，电路中，电流I0为0～0.3A继电器J断开，电流为1～100A继电器J接通。图（b）是交流继电器的通/断电路实例，电路中，I0为0～0.1A继电器断开，电流为0.4A以上时继电器接通。

8-33(a)

8-33(b)

图8-35所示的是检测过电流时切断加热器电源的电路，检测电流大小可通过RP1进行调整，若A1的输入信号反相，即VD1的+接到A1的反向输入端，就变成断线报警电路。图8-36所示的是漏电流检测电路实例。

8-35

8-36

图8-37所示的是交流电流传感器的基本应用电路。

(a)为交流输出放大电路，适用i=I0/N〈5mA，V0=-iR f，CT输出电

压为0V，因此，适用于微小电流计。

(b)为交流输出放大电路，适用i=I0/N〈5mA，e0=KI0R L/N，V0=

e0R f/R i，CT用于宽范围，因此，R L极小时非常有效。(c)为获得直流输出的电路，V0=0.9KI0R L/N，为了抵消二极管的正

向压降，R L必定接在直流侧，希望采用正向压降低的肖特基二极

管。

(d)是采用运放的整流电路，V0=0.9KI0R L/N，正半周时通过R1+R2

流通，负半周时由A1进行反转整流（增益为-1），A2为高阻抗缓

冲器，适用于动态范围为1：50左右。

(e)为采用运放的理想整流电路，V0=0.9KI0R L/N，

R1=R2=R3=R4=2R5，正半周时由A2将A1反转输出和e0相加得到

输出V0，负半周时A1输出为0，用A2反转输出，-e0=V0。

(f)为由CT直接使继电器动作的电路，V0〉0.9KI0R L/N，式中，

V0为继电器动作电压，R L为继电器线圈内阻，I0过大时，要接（V0+10%）左右的VD W（不能超过VD W的允许损耗）。(g)是用LED显示电流有无的电路，在1.2mA〈（i=I0/N）〈（LED最

大允许电流）的范围内使用，但I0最小时，选择CT得到2.5V以

上的开路电压。

(h)是微弱电流检测电路，VD1采用硅二极管，VD2采用肖特基二极

管，在最小电流时，应选择CT得到2.5V以上的开路电压。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

12.直流电流传感器

直流电流传感器有多种，本节介绍利用霍尔元件的直流电流传感器和伺服型电流传感器。若通过直流I0的电线穿过有间隙的磁环，这时，间隙内产生磁通B在磁路未饱和时与电线中通过的电流I0成正比，若通过霍尔元件将此磁通转换成电压，则就获得与被测直流I0成比例的电压。霍尔元件需要电源电路，而且输出电压不太高，需要进行放大，放大电路实例如图8-38所示，传感器采用HCS-20-AP，其灵敏度为0.6mV/A，考虑霍尔元件的温度漂移、噪声电平等，测量电流值可到10A以上。电路中，RP1用于调零，RP2用于满刻度调整，RP3用于控制电流调整。

8-38

霍尔元件型电流传感器应用时应该注意以下几点：■在宽范围使用时要注意灵敏度温度特性。对于不同产品，100℃的温度变化其灵敏度约有百分之几的变化。霍尔元件有恒压驱动方式和恒流驱动方式，对于任何驱动方式变化量都回改变，因此，必须使用适宜的电路。

■用于几千赫以上高频大电流时，若传感器流经高频大电流，则磁路就会发热，连续使用有高频分量的大电流脉冲时也会有同样的问题。发热量与频率及电流成正比，这样，有可能损坏传感器。在这样的条件下使用时，要根据产品目录记载的数据确定安全范围，留有一定余量。

■测量双向直流电流时，若电流方向改变，则零点就会变动，特别时对于高灵敏度的传感器表现得更显著。这种现象称为滞后现象，这是直流使磁路暂时磁化的结果。使用额定电流为10A以下高灵敏度传感器时要注意这种现

象。

图8-39示出伺服型直流传感器的工作原理示意图。由霍尔元件H 检测的电压经误差放大器A1，变成通过反馈线圈（次级线圈）流通，形成伺

服系统。所以称为伺服型。

对于此电路，工作时间隙内磁通经常保持为0。若次级线圈电流为i s，匝数为N，则测量电流I0=Ni s，即次级线圈的电流i s为测量电流I0的1/N，工作状况与交流CT一样，由此，也称直流CT。一般要通过取样电阻R L将次级电流变换成电压，输出电压V0=（I0/N）R L。

8-39

图8-40是伺服型直流电流传感器应用电路实例。电路中，RP1用于调零。伺服型电流传感器中尽管使用了霍尔元件，但灵敏度与霍尔元件无关，也就是说传感器的灵敏度不会受到霍尔元件的影响，这是伺服型直流电流传感器的一大特征。然而，零点漂移在原理上是不可避免的。另一个特征是高频特性好，若达到某一定频率以上，次级线圈的工作状态变为交流CT，若结构好，则也可对应于频率为500KHz的电流。另外，由于磁路的磁通密度低，对于高

频电流磁路的发热量也很少。

8-40

伺服型直流电流传感器应用时应注意以下几个问题：■温度特性问题，受温度的影响虽比霍尔型小，但在宽温度范围使用时也会出现问题。如上述那样，零点的温度变化原理上是不能消除的。这都要根

据产品目录记载的数据进行确认。

■确认电源的电流容量。对于伺服型直流电流传感器，无测量电流时需要空载电流，测量时需要1/N的测量电流。例如：空载电流为50mA，匝数N=200的传感器，测量电流为100A，则需要的电源电流为50mA+100A/2000=0.1A。因此可知大电流传感器需要大功率电源。