什么是電流傳感器？電流傳感器的分類有哪些？

作者：Littelfuse客戶經(jīng)理Rambo Liu

電流傳感器是一種電流檢測裝置，可以檢測被測電流的信息，按比例換算成符合標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)，以滿足信息的傳遞、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

電流傳感器分類

精密電阻

又叫分流器，作為常見的電流檢測元件，具有精度高，線性度好以及溫度穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，常用于小電流直流應(yīng)用，對(duì)于交流應(yīng)用需要與線性光耦搭配使用。分流器由于直接串聯(lián)于電路當(dāng)中，具有插入損耗與發(fā)熱問題，因此大電流應(yīng)用常采用非插入型產(chǎn)品方案。

電流互感器

利用原副邊匝比不同來進(jìn)行電流信號(hào)檢測，只能作為交流信號(hào)的檢測，具有成本低，精度高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

霍爾電流傳感器

霍爾效應(yīng)是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中受洛侖磁力作用引起的偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的積聚，從而形成橫向電場，將該電場進(jìn)行信號(hào)放大處理即轉(zhuǎn)換為滿足標(biāo)準(zhǔn)的輸出所需信號(hào)。因此利用霍爾效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式電流檢測，具有無插入損耗、隔離式、檢測精度高、結(jié)構(gòu)電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。

開環(huán)電流傳感器

將原邊電流產(chǎn)生的電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，通過放大器輸出，有貼片式產(chǎn)品作為小電流檢測，也有模塊式作為大電流檢測。

閉環(huán)電流傳感器

在磁芯上饒副邊線圈，在原邊有電流流過時(shí)，副邊線路電流產(chǎn)生的補(bǔ)償磁通與原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，使得磁芯中磁通總量為零?；魻柶骷洼o助電路產(chǎn)生的副邊補(bǔ)償電流準(zhǔn)確反映了原邊電流的大小，原副邊電流大小為線圈匝比關(guān)系。

閉環(huán)電流傳感器具有精度高、線性度好、磁失調(diào)小、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，成本相對(duì)較高，功率損耗大。

磁通門電流傳感器

與霍爾電流傳感器類似，都是通過檢測氣隙中磁通大小來檢測電流信號(hào)，只是氣隙中感應(yīng)元件變?yōu)榇磐ㄩT探頭。

如下為幾種常用電流傳感器對(duì)比：

磁阻電流傳感器

磁阻技術(shù)的發(fā)展，使得電流傳感器感應(yīng)元件得到了進(jìn)一步擴(kuò)充，其中各向異性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)以及隧道磁阻(TMR)技術(shù)的發(fā)展使得電流傳感器實(shí)現(xiàn)更高精度、更好溫度穩(wěn)定性以及更高帶寬，目前成品主要為貼片式電流檢測產(chǎn)品。

物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為“磁阻效應(yīng)”，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象，通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場中僅產(chǎn)生輕微的減??；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為“巨磁阻效應(yīng)”（GMR）。

隨著GMR效應(yīng)研究的深入，TMR效應(yīng)開始引起人們的重視。盡管金屬多層膜可以產(chǎn)生很高的GMR值，但強(qiáng)的反鐵磁耦合效應(yīng)導(dǎo)致飽和場很高，磁場靈敏度很小，從而限制了GMR效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用。磁隧道結(jié)（MTJ s）中兩鐵磁層間不存在或基本不存在層間耦合，只需要一個(gè)很小的外磁場即可將其中一個(gè)鐵磁層的磁化方向反向，從而實(shí)現(xiàn)隧穿電阻的巨大變化，故MTJs較金屬多層膜具有高得多的磁場靈敏度。同時(shí)，MTJs這種結(jié)構(gòu)本身電阻率很高、能耗小、性能穩(wěn)定。因此，MTJs無論是作為讀出磁頭、各類傳感器，還是作為磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)，都具有無與倫比的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景十分看好，引起世界各研究小組的高度重視。

精密電阻簡介

普通電阻與精密電阻區(qū)別主要依據(jù)為阻值誤差大小、阻值大小、溫度系數(shù)大小。對(duì)1Ω（歐姆）以上阻值的電阻，與標(biāo)識(shí)阻值相比±0.5%以內(nèi)阻值誤差的電阻可稱為精密電阻，更高精密的可以做到0.01%精度，也就是電子工程師所說的萬分之一精度，此類電阻一般為薄膜電阻，使用此材質(zhì)的電阻一般才能滿足生產(chǎn)工藝要求。這類阻值1Ω以上電阻的普通系列精密度在±5%以上，電子產(chǎn)品上最常見的就是5%精度的電阻，不屬于精密電阻范圍。

1Ω以下阻值的電阻，一般能達(dá)到±1%精密度之內(nèi)，就算做精密電阻范疇了，因?yàn)樽柚祷鶖?shù)很小，就算是1%的誤差，實(shí)際的阻值誤差已經(jīng)很小了。更高精密的可以做到±0.5%以內(nèi)，但工藝要求，技術(shù)要求較高。

精密電阻按材料分

有金屬膜精密電阻、線繞精密電阻和金屬箔精密電阻幾類。金屬膜精密電阻的精度較高，但阻值溫度系數(shù)和分布參數(shù)指標(biāo)略低；線繞精密電阻的阻值精度和溫度系數(shù)指標(biāo)很高，但分布參數(shù)指標(biāo)偏低；金屬箔精密電阻的精度、阻值溫度系數(shù)和分布參數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)都很高：精度可達(dá)10-6，溫度系數(shù)可達(dá)±0.3×10-6/℃，分布電容可低于0.5pF，分布電感可低于0.1μH。由于上述三類精密電阻器的價(jià)格隨性能而提高，所以在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選用。

精密電阻的核心參數(shù)

阻值及誤差：通常為低阻來減少回路的功率損耗，其阻值精度直接影響測量精度，通常采用0.5%與1%。

溫漂系數(shù)：隨著溫度的上升，其阻值也會(huì)相應(yīng)增加，即正溫度系數(shù)，此時(shí)溫漂系數(shù)也會(huì)直接疊加到測量精度誤差，因此越低的溫度系數(shù)其性能越好。

功率：即散熱能力的表現(xiàn)，同樣阻值狀態(tài)下，功率越大其載流能力就越大，同時(shí)與其布板或連接端子大小息息相關(guān)，外接電路散熱能力越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)熱阻就越低，通流能力也相應(yīng)提高。

電壓測量位置也是影響精密電阻精度的因素，精密電阻通常會(huì)有本體與端子，距離本體越近其精度越高，因此對(duì)于測量精度要求高的應(yīng)用可以采用4線式精密電阻。

Littelfuse精密電阻樣式

精密電阻比較：基板有陶瓷與環(huán)氧樹脂兩種，其中陶瓷具有更好的散熱能力，但是本體會(huì)更厚一些。

金屬箔與金屬片對(duì)比：兩者都可以做到高精度、低溫漂，其中金屬箔可以做到小尺寸與寬阻值范圍，金屬片可以實(shí)現(xiàn)更大功率。

下列為Littelfuse精密電阻系列，同時(shí)有需要也可以具體溝通客制化產(chǎn)品。

審核編輯：湯梓紅