跟蹤直流大電流的低成本電流監控器

　　摘要：為了測量過載檢測和保護時的直流大電流，設計者經常采用電流并聯電阻器或環形磁芯，以及霍爾效應磁場傳感器。這些方法都有缺點。本文介紹了一種跟蹤直流大電流的低成本電流監控器，可較為的測量載檢測和保護時的直流大電流。　　
　　為了測量過載檢測和保護時的直流大電流，設計者經常采用電流并聯電阻器或環形磁芯，以及霍爾效應磁場傳感器。這些方法都有缺點。例如，用一個10mΩ電阻器測量20A電流會白白耗散掉4W功率。霍爾效應傳感器可實現測量，幾乎不浪費一點能量，但對于簡單的電流監控應用來說成本較高。
　　
　　本設計實例描述一種廉價的低功耗電流測量電路，它可用于中等精度的測量。DC/DC轉換器輸入線上的濾波器電感可以一物兩用，作為測量電路的一個電流傳感器。一個代表性的鐵氧體磁芯的導磁率會隨著磁芯接近飽和而減小（圖1）。曲線形狀和數值依賴于磁芯材料的特性，以及磁芯是否有氣隙。
　　
　　磁芯的導磁率取決于鐵氧體材料的磁通量大小，也就是取決于流經磁芯繞組的電流量。本電路采用一個簡單的LC振蕩器來測量磁芯的導磁率。初級繞組是在磁芯上繞一匝或多匝，它承擔測量電流。磁芯上的多匝次級繞組構成一個電感器L，它確定了振蕩器的諧振頻率。
　　
　　理論上說，任何LC振蕩器電路都可用于此應用，但實際使用時，電流測量繞組表現為低阻抗，這會增加LC振蕩電路的阻尼，在某些振蕩器電路中造成起振和穩定的問題。在各種已測試的振蕩器電路中，圖2的設計能提供*性能。影響磁芯導磁率的有許多因素，從而影響到電路的頻率穩定性，并限制它對電流過載檢測和低精度電流測量的應用。　　
　　圖3為三家供應商提供相同尺寸與相同次級匝數鐵氧體磁芯的電路輸出頻率與電流特性之間關系。為獲得*線性度，應使用低磁滯的磁芯材料。幾乎任何尺寸和材料的磁芯都可用于電路，但需要對振蕩器回路和初級繞組的匝數作優化。當加在磁芯上的電流在達到過載值以前就產生飽和時，如果磁芯有氣隙則會增加氣隙。采用閉環結構的電路可以改善性能和獲得線性的測量。