使用銅對高電流測量進(jìn)行溫度補(bǔ)償

可以使用沿電纜的電壓降來測量在一段電纜中流動的大電流。它無需笨重的分流器或昂貴的磁性測量方法。然而，由于銅的溫度系數(shù)為 +0.39%/°C，精度受到限制。

溫度傳感器可以促進(jìn)補(bǔ)償，但屬于點(diǎn)測量設(shè)備，其在整個電纜長度上的相關(guān)性值得懷疑。考慮到電纜溫度僅 2.5° 的誤差或差異就會引入 1% 的誤差。

如果最大電流下降至少 10mV，您可以使用現(xiàn)代零漂移放大器(自動調(diào)零、斬波器等)輕松測量它。它們提供超低失調(diào)性能，能夠準(zhǔn)確感測低滿量程壓降。

剩下的就是如何處理溫度系數(shù)。本設(shè)計理念中提出的解決方案利用了大電流電纜由許多細(xì)絞線組成的事實。此處的示例將基于具有 1,050 股 AWG 34 電線的 AWG 4 電纜。

在圖 1中，運(yùn)算放大器同相輸入感測電纜負(fù)載端的電纜壓降。 MOSFET 位于輸出/反饋路徑中，該路徑繼續(xù)通過溫度傳感線(通常是用于設(shè)置增益的電阻器)，最終到達(dá)電源。該電路迫使增益設(shè)置元件上的壓降恰好等于主電纜壓降。當(dāng)然，在這種情況下，增益設(shè)置元件是嵌入定制絕緣電纜組件(包括高電流電纜)中的單根 34 號絕緣線(涂漆，例如漆包線)。

圖 1 使用比率電纜進(jìn)行溫度補(bǔ)償高電流測量。

AWG 34 = 265.8?/1,000 ft.

AWG 4 = 0.248?/1,000 ft.(來源：http://www.brim electronics.com/AWGchart.HTM)

例如，#4 的 0.474 ft. = 117.6 μO; 10 mV 降@ I in = 85A;我輸出 = 80mA

由于電纜由 1,050 根絞線組成，這種布置將導(dǎo)致 MOSFET 和增益元件中流過電流，該電流與總電流除以 1,050 成正比。由于增益元件和

電纜均由銅制成，并且熱接觸緊密，因此可以消除隨溫度變化的輸出變化。

反饋電流從 MOSFET 漏極通過 R Load流 至地，提供以地為參考的輸出電壓。

使用絞線解決了其他溫度傳感器的兩個主要問題：

1. 該電線是一個“分布式”傳感器，沿著電纜的長度延伸，可以更好地感知整體溫度影響。

2. 由于電線與主電纜一樣是銅質(zhì)的，因此溫度補(bǔ)償是完美的。

實際測試

我們的設(shè)置使用了四英尺的 JSC 1666 AWG 4 電纜。絕緣體沿其長度被切開，并將 34 號漆包線插入絕緣體下方。電路中使用了NCS333運(yùn)算放大器。由于運(yùn)算放大器的共模電壓等于其電源軌，因此它必須具有軌到軌輸入能力(或使用更高的電源)。此外，它應(yīng)該是一個零漂移(斬波)放大器，因為標(biāo)準(zhǔn)軌到軌運(yùn)算放大器在正軌附近的性能通常較差。

圖 2 測試設(shè)置：由于傳感線長度影響絕對精度，因此將其連接到電路板的兩根灰色線的規(guī)格較粗。

測量值

R負(fù)載 = 50? 1%

無負(fù)載時，V輸出 讀數(shù)為 94 μV。

在 10A 負(fù)載下，V out = 454.6 mV(5.85% 誤差)。

在 58A 負(fù)載下，V out = 2.604 V(5.7% 誤差)。

然后將該裝置放入溫度室中并在室溫至 100°C 的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試。結(jié)果顯示附加誤差小于 0.1%。有幾個因素可能會導(dǎo)致該誤差，例如運(yùn)算放大器失調(diào)漂移，以及電纜端子中的電阻和熱電偶效應(yīng)。

線容差對錯誤的影響

為了了解實用電纜可以實現(xiàn)的效果，我找到了以下電線數(shù)據(jù)，顯示 34 號電線的公差為 2%。人們預(yù)計 4 號規(guī)格的總體公差類似。這表明，僅由于電纜的原因，按照標(biāo)準(zhǔn)公差構(gòu)建的商業(yè)電線將產(chǎn)生 4% 的精度限制。電子設(shè)備會增加一些，但當(dāng)然可以由用戶修剪，或與提供的電纜匹配。

圖3 Wire數(shù)據(jù)

最后一點(diǎn)，構(gòu)建完成此功能的電纜似乎很麻煩。這一概念是由原始設(shè)備制造商觸發(fā)的，并針對原始設(shè)備制造商，他們可以指定一種定制電纜，其中包括一根漆包線作為增益電阻。 OEM 可以利用電動和混合動力汽車中的許多高電流電纜線路，消除大的分流器。這種方法可以提供與磁傳感相比具有競爭力的精度和溫度性能，但成本更低，特別是在 OEM 批量生產(chǎn)中。

在小批量情況下，可以將傳感線纏繞或以其他方式捆扎在電纜的外部;它仍然具有分布式溫度傳感的優(yōu)勢。由于電纜絕緣，傳感對環(huán)境溫度的響應(yīng)更加靈敏，與實際電纜銅溫度的耦合較弱，時間常數(shù)較長。