我需要什么樣的電流傳感器精度？

用于功率分析的寬頻帶DW500UB-2V

我需要什么樣的電流傳感器精度？選擇Danisense！

引言

基于寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)（如氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC））的功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品現(xiàn)在可以在顯著更高的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行，這可以產(chǎn)生幾乎W美的正弦波形。由于扼流圈的電感值和電容器的電容值與開(kāi)關(guān)頻率成反比，因此可以制造更小、更輕的濾波元件，如扼流圈和電容器。未來(lái)，基于SiC和GaN的組件將繼續(xù)在更多應(yīng)用中獲得認(rèn)可。

Danisense推出了新型號(hào)DW500UB-2V，它能夠處理現(xiàn)在所需的寬頻帶。

電力分析儀背景

電力分析儀通常使用以下基本公式來(lái)計(jì)算有功功率。

因此，電壓 v(t) 和電流 i(t) 的數(shù)字化瞬時(shí)值被相乘，并將結(jié)果在一個(gè)定義的時(shí)間窗口內(nèi)累加起來(lái)?；旧希绷鞣至?、所有諧波和非諧波分量，直到功率分析儀的帶寬限制或?yàn)V波器截止頻率，都被考慮在內(nèi)。高端市場(chǎng)的功率分析儀已經(jīng)可以運(yùn)行到10 MHz的頻率。在大多數(shù)情況下，電壓信號(hào)由功率分析儀直接處理，以便可以使用功率分析儀的完整帶寬。

對(duì)于大于30 A的電流測(cè)量，通常使用電氣隔離的電流傳感器，這些傳感器必須以高精度將初級(jí)信號(hào)傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)。這些電流傳感器的主要部件是銅線圈和鐵芯。此外，羅戈夫斯基線圈由繞有銅線的線圈體組成。這種構(gòu)造導(dǎo)致線圈電感，以及在各個(gè)線圈之間和各個(gè)線圈層之間總是形成的不想要的電容。因此，每個(gè)銅線圈都代表一個(gè)潛在的振蕩電路。通過(guò)湯姆森振蕩方程，可以計(jì)算出共振頻率。

這意味著電流傳感器通常具有有限的帶寬。為了相應(yīng)地減少功率計(jì)算的帶寬，激活了功率分析儀內(nèi)部的濾波器。否則，如下面的圖1所示，功率分析中的高頻分量有時(shí)會(huì)被電流傳感器強(qiáng)烈扭曲。

圖1：測(cè)量設(shè)備的截止頻率與電流傳感器的頻率響應(yīng)

在測(cè)量設(shè)備中，這些看起來(lái)混亂的誤差曲線只能進(jìn)行有限的補(bǔ)償，因?yàn)檎袷幪匦詮?qiáng)烈依賴于銅線圈的電容，因此隨著溫度變化，曲線會(huì)發(fā)生偏移。

下一代功率電子學(xué)的高開(kāi)關(guān)頻率

特別是當(dāng)使用高開(kāi)關(guān)頻率的變頻器控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，功率的有源分量也可以在三位數(shù)的千赫茲范圍內(nèi)找到，因?yàn)楦鶕?jù)下面的公式，開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù)會(huì)顯示在電流和電壓信號(hào)中。

開(kāi)關(guān)頻率及其諧波由有功和無(wú)功功率分量組成。為了以足夠的精度測(cè)量這些分量，除了幅度誤差外，相位誤差也必須非常精確。

相位位移

特別是當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載的感性分量隨著頻率的增加而增加。功率因數(shù)相應(yīng)地隨著頻率的增加而降低。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致相位誤差對(duì)功率計(jì)算的影響越來(lái)越大。這種相關(guān)性在圖3中顯示。

圖3：在更高頻率下的有功功率和相位誤差的影響

相同的相位誤差會(huì)導(dǎo)致有功功率計(jì)算中的誤差更大（紅色標(biāo)記）。不同相位誤差的更精確值可以在下面的圖4中找到。

圖4：電流傳感器的相位位移及其對(duì)有功功率測(cè)量的影響，取決于系統(tǒng)功率因數(shù)角Θ

DW500UB-2V

DW500UB-2V在10 MHz以下沒(méi)有共振干擾。這是線性傳輸行為直到10 MHz的基本要求。相位誤差由固定的時(shí)延組成，主要是由2米同軸電纜引起的。測(cè)試協(xié)議中提到了這個(gè)時(shí)延。如果測(cè)量設(shè)備可以補(bǔ)償固定的時(shí)延，相位誤差可以顯著降低。這在下面的圖5中有所說(shuō)明。

圖5：DW500UB-2V在2米R(shí)G58電纜下，有和沒(méi)有補(bǔ)償12.5納秒時(shí)延的頻率響應(yīng)

例如，在ZES ZIMMER的LMG671的選擇菜單中，有一個(gè)相應(yīng)的輸入模板，可以輸入時(shí)延。

除了精度之外，還必須考慮在較高頻率下主導(dǎo)體的電流承載能力。電流傳感器及其銅線圈也必須相應(yīng)地設(shè)計(jì)。DW500UB-2V能夠在25°C下處理高達(dá)100 kHz的整個(gè)額定電流。