跟踪直流大电流的低成本电流监控器

　　摘要：为了测量过载检测和保护时的直流大电流，设计者经常采用电流并联电阻器或环形磁芯，以及霍尔效应磁场传感器。这些方法都有缺点。本文介绍了一种跟踪直流大电流的低成本电流监控器，可较为的测量载检测和保护时的直流大电流。　　
　　为了测量过载检测和保护时的直流大电流，设计者经常采用电流并联电阻器或环形磁芯，以及霍尔效应磁场传感器。这些方法都有缺点。例如，用一个10mΩ电阻器测量20A电流会白白耗散掉4W功率。霍尔效应传感器可实现测量，几乎不浪费一点能量，但对于简单的电流监控应用来说成本较高。
　　
　　本设计实例描述一种廉价的低功耗电流测量电路，它可用于中等精度的测量。DC/DC转换器输入线上的滤波器电感可以一物两用，作为测量电路的一个电流传感器。一个代表性的铁氧体磁芯的导磁率会随着磁芯接近饱和而减小（图1）。曲线形状和数值依赖于磁芯材料的特性，以及磁芯是否有气隙。
　　
　　磁芯的导磁率取决于铁氧体材料的磁通量大小，也就是取决于流经磁芯绕组的电流量。本电路采用一个简单的LC振荡器来测量磁芯的导磁率。初级绕组是在磁芯上绕一匝或多匝，它承担测量电流。磁芯上的多匝次级绕组构成一个电感器L，它确定了振荡器的谐振频率。
　　
　　理论上说，任何LC振荡器电路都可用于此应用，但实际使用时，电流测量绕组表现为低阻抗，这会增加LC振荡电路的阻尼，在某些振荡器电路中造成起振和稳定的问题。在各种已测试的振荡器电路中，图2的设计能提供*性能。影响磁芯导磁率的有许多因素，从而影响到电路的频率稳定性，并限制它对电流过载检测和低精度电流测量的应用。　　
　　图3为三家供应商提供相同尺寸与相同次级匝数铁氧体磁芯的电路输出频率与电流特性之间关系。为获得*线性度，应使用低磁滞的磁芯材料。几乎任何尺寸和材料的磁芯都可用于电路，但需要对振荡器回路和初级绕组的匝数作优化。当加在磁芯上的电流在达到过载值以前就产生饱和时，如果磁芯有气隙则会增加气隙。采用闭环结构的电路可以改善性能和获得线性的测量。