利用電纜上的電壓降便可以測量長電纜中流動的大電流,而無需龐大的分流器或昂貴的磁測量方法。但是銅的溫度系數(shù)(溫度補(bǔ)償系數(shù))為+0.39%/°C,這限制了測量精確度。
溫度傳感器可以做出補(bǔ)償,但僅限于點測量裝置,其相關(guān)性可能會因電纜長度出現(xiàn)問題。要考慮到2.5°C的電纜溫度誤差或差異會引起1%的誤差。
如果在最大電流下至少有10mV的壓降,則可用現(xiàn)代零漂移放大器(自動歸零,斬波器等)輕松測量。這些放大器提供超低偏移性能,可以精確感測滿量程低壓降。
剩下的就是如何處理溫度系數(shù)。本設(shè)計實例提出的解決方案利用了大電流電纜是由許多細(xì)股組成的這一事實,示例中的AWG 4電纜包含1050股AWG 34線。
本設(shè)計實例提出的解決方案利用了大電流電纜是由許多細(xì)股組成的這一事實,解決了其它溫度傳感器的主要問題,從而更好地感測整體溫度并實現(xiàn)完美的溫度補(bǔ)償。
在圖1中,運算放大器非反相輸入檢測電纜負(fù)載端的電纜壓降。MOSFET處于輸出/反饋路徑中,這一路徑通過溫度感測線(通常是用于設(shè)置增益的電阻),在電源處結(jié)束。電路迫使該增益設(shè)置元件出現(xiàn)壓降,且壓降正好等于主電纜壓降。這種情況下,增益設(shè)置元件是嵌入在定制絕緣電纜組件(包括大電流電纜)內(nèi)的34號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格線的單股絕緣線(包漆,如電磁線)。
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圖1:使用比例電纜實現(xiàn)大電流測量溫度補(bǔ)償。
AWG 34 = 265.8Ω/1000ft
AWG 4 = 0.248Ω/1000ft (來源:http://www.brimelectronics.com/AWGchart.HTM) 例如,0.474 ft. 4號線 = 117.6 μΩ;10 mV 壓降 @ Iin = 85A;Iout = 80mA。
由于電纜由1050股線組成,電流會流入MOSFET和增益元件,正比于總電流除以1050。增益元件和電纜均由銅構(gòu)成,并且處于緊密的熱接觸中,抵消了輸出隨溫度的變化。
反饋電流流出MOSFET漏極,通過RLoad接地,提供接地參考輸出電壓。
線股解決了其它溫度傳感器的兩個主要問題:
1.導(dǎo)線是跨越整個電纜的“分布式”傳感器,能更好地感測整體溫度情況;
2.導(dǎo)線和主電纜一樣為銅材料,可實現(xiàn)完美的溫度補(bǔ)償。
實際測試
我們使用四英尺長的JSC 1666 AWG 4電纜進(jìn)行測試。沿電纜長度方向切開絕緣層,將34號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格電磁線插入絕緣層。電路中使用了NCS333運算放大器。由于運算放大器共模電壓與其供電軌相等,因此必須具有軌到軌輸入能力(或使用更高的電源)。此外,它應(yīng)該是零漂移(斬波器)放大器,因為標(biāo)準(zhǔn)軌到軌運算放大器在正軌附近的性能通常較差。
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