如何輕松設(shè)計(jì)一個(gè)電流互感器

電流互感器與一般的電壓變壓器的區(qū)別在什么地方呢?這個(gè)問(wèn)題即使是資深的磁性元件設(shè)計(jì)人員也很難回答?；镜膮^(qū)別在于：變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊，而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊。電流互感器的電壓大小由負(fù)載決定。

我們通過(guò)一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)例子，可以更好地理解電流互感器的工作原理。

假設(shè)用電流互感器測(cè)量變換器的原邊電流，原邊10A電流對(duì)應(yīng)1V電壓。當(dāng)然，我們可以用一個(gè)1V/10A=100mΩ的電阻來(lái)測(cè)量，但是電阻將造成的損耗為1V×10A=10W，這么大的損耗對(duì)幾乎所有的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都是不能接受的。所以，要選用電流互感器，如圖1所示。

當(dāng)然，為了減少繞組電阻，我們把原邊的匝數(shù)取為1匝，同時(shí)為了使電流降到一個(gè)比較低的水平，副邊匝數(shù)應(yīng)該比較多。如果副邊匝數(shù)為N，由歐姆定律可得(10/N)R=1V，在電阻中消耗的功率為P=(1V)^2/R。我們假設(shè)消耗的功率為50mW(也就是說(shuō)，我們可以使用100mW規(guī)格的電阻)，這就要求R不得小于20Ω，如果采用20Ω的電阻，由歐姆定律可得副邊匝數(shù)N=200。

現(xiàn)在我們來(lái)看磁芯，假設(shè)二極管是普通的一般的二極管，通態(tài)電壓大約為1V，電流為10A/200=50mA?；ジ衅鬏敵鲭妷簽?V，加上二極管的通態(tài)電壓1V，總電壓大約2V。250kHz頻率工作時(shí)，磁芯上的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)超過(guò)

其中4us為一個(gè)周期的時(shí)間，實(shí)際肯定是不到一個(gè)周期的。

由于原邊流過(guò)電流的時(shí)間不可能超過(guò)開(kāi)關(guān)周期(否則，磁芯無(wú)法復(fù)位)。因此Ae可以很小，而B(niǎo)也不會(huì)很大。這個(gè)例子里磁芯的尺寸不能通過(guò)損耗要求或磁通飽和要求來(lái)確定，更大的可能是由原副邊之間的隔離電壓來(lái)確定。如果隔離電壓沒(méi)有要求，磁芯的大小一般由200匝的繞組所占體積來(lái)確定。你可以用40號(hào)的導(dǎo)線流過(guò)500mA的峰值電流，但是這種導(dǎo)線實(shí)在太細(xì)，一般的變壓器廠家不會(huì)為你繞制。

實(shí)用提示 除非一定要用，一般情況下不要使用規(guī)格小于36號(hào)線的導(dǎo)線。

現(xiàn)在我們來(lái)分析為什么不能用電壓變壓器來(lái)替代電流互感器?已經(jīng)知道副邊電壓只有2V，因此原邊電壓為2V/200=100mV。如果輸入直流電壓為48V，那么電流互感器原邊10mV電壓對(duì)48V電壓來(lái)說(shuō)是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電流，而對(duì)原邊幾乎沒(méi)有什么影響。假設(shè)另一種情況(不現(xiàn)實(shí)的)，原邊的輸入直流電壓只有5mV，那么互感器的原邊不可能有10mV的電壓，同時(shí)由于原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大，決定了副邊根本不可能產(chǎn)生50mA的電流。即使整個(gè)5mV電壓全部加在原邊，副邊也只能產(chǎn)生200×5mV=1V的電壓：不能在轉(zhuǎn)換電阻上產(chǎn)生足夠的電壓。因此，電壓變壓器只能用作變壓器，不能用來(lái)檢測(cè)電流。

從另外一個(gè)角度來(lái)看：雖然輸入電源的電壓為48V時(shí)，但是流過(guò)電流互感器電流的大小不是由原邊的這個(gè)48V電壓決定的，而是其他因素決定的。

電流互感器是有阻抗限制的電壓變壓器。

最后，我們來(lái)看一下電流互感器的誤差情況怎么樣?答案在于電流互感器的基本定義上：感應(yīng)的是電流。