低成本电流监视器跟踪高直流电流

为了测量高水平的直流电流以进行过载检测和保护，设计人员经常使用分流电阻器或环形磁芯和霍尔效应磁场传感器。这两种方法都有缺点。例如，使用 10mΩ 电阻测量 20A 会消耗 4W 的功率作为废热。霍尔效应传感器可提供准确的测量结果并且浪费很少的功率，但对于简单的电流监控而言，这是一种昂贵的方法。

该设计理念描述了一种廉价、低功耗的电流测量电路，可用于中等精度的测量。另外，DC/DC 转换器输入线路中的滤波电感器还可以兼作测量电路的电流传感器。代表性铁氧体磁芯的磁导率随着磁芯接近饱和而降低（图 1 ）。曲线的形状和值取决于磁芯材料的特性以及磁芯是否包含气隙。

图 1 这条代表性磁化 (BH) 曲线显示，随着流经电感器绕组的电流增加，磁化场强度 H 也会增加。当磁通密度 B 不再增加时，磁芯的磁性材料已达到饱和。

 

磁芯的磁导率取决于铁氧体材料中的磁通量水平，而磁通量水平又取决于流过磁芯绕组的电流量。该电路使用简单的 LC 振荡器来测量磁芯的磁导率。包括缠绕在磁芯上的一匝或多匝的初级绕组承载测量电流。磁芯上的多匝次级绕组形成电感器 L，它决定振荡器的谐振频率。

理论上，任何 LC 振荡器电路都适用于该应用，但实际上，电流测量绕组呈现低阻抗，这会抑制 LC 储能电路，并导致某些振荡器电路出现启动和稳定性问题。在各种经过测试的振荡器电路中，图 2 中的设计 提供了性能。许多因素会影响磁芯的磁导率，进而影响电路的频率稳定性并限制其在电流过载检测和低精度电流测量中的应用。

图 2 改变流过单匝初级绕组的直流电流会改变 T 1次级绕组的电感，从而改变振荡器的输出频率。

图 3 显示了三个供应商具有相同尺寸和次级匝数的铁氧体磁芯的电路输出频率与电流特性。为了获得线性度，请使用低磁滞磁芯材料。 几乎任何尺寸和材料的磁芯都可以在电路中工作，但需要优化振荡器谐振回路和初级绕组的匝数。当施加到磁芯的电流在达到过载值之前导致饱和时，请增加磁芯的气隙（如果存在）。为了提高性能和线性测量，请在闭环配置中使用电路（参考文献 1）。

图 3 三个制造商的环形磁芯的电流与输出频率图显示了磁芯特性对频率线性度和相对灵敏度的影响。