Allegro电流传感器IC和铁磁芯的高电流测量：涡流的影响
Allegro电流传感器IC和铁磁芯的高电流测量：涡流的影响
由Yannick Vuillermet，
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems欧洲有限公司
介绍
用周围的铁磁核心测量汇流条电流的技术是常识。对于高于200A的高电流测量，Allegro建议使用A136x系列的线性IC，例如A1367，与磁芯相结合（图1）。本文档侧重于对电流测量的交流（AC）效应。交流输入电流倾向于在磁芯中产生涡流。这些涡流改变了测量的磁场，从而降低了电流测量精度。
有关核心设计的更多详细信息，请参阅“使用Allegro Hall效应传感器IC设计用于设计高电流传感应用的集中器指南”亚博尊贵会员[1]，在Allegro网站上提供。
请注意，本文档中的所有结果都来自于ANSYS Maxwell软件中执行的电磁模拟。
磁芯和Allegro A1367
测量原理
理想情况下，磁场，H，在气隙中与输入电流完全成比例，一世，在汇流条或电阻导线中。因此，通过线性磁场传感器测量该磁场足够，并且在输入电流和磁场之间表征系数以测量该输入电流。这个系数，sC，称为耦合因子或核心灵敏度。然而，该耦合因子在有限的电流和频率范围内仅是恒定的。该系数的任何变化都会导致输入电流测量误差。典型的精度要求在测量电流的百分比范围内。
涡流基础知识
涡流是Lenz的定律的直接影响，其指出通过不同磁场引起的电流的方向和大小是它产生磁场
反对产生它的变化。在使用铁磁芯的AC电流传感器应用中，作为切向变化磁场的响应，在芯内引起涡流。图2示出了YZ横截面，其示意性地表示散装芯中的涡流。
这些涡流产生诱导的磁场，与激发磁场相对的磁场HEDexc。这在传感器级别测量，作为降低的核心灵敏度，sC或其他方式
说，电流测量误差。
在散装磁芯中
为了减少涡流，有必要切割核心中的电流路径。这是通过使用具有薄片的层叠芯来实现。这些床单必须从每个床隔离
其他。
通过堆叠片或在Z方向上可以通过堆叠或Z方向在Y方向上进行叠片（图3）。涡流仍然流动，但幅度差。
涡流：滚动（左）和堆叠（右）
典型应用使用Allegro A1367LKT线性传感器IC
这里考虑使用Allegro A1367LKT线性传感器IC的典型高电流应用。该应用中的最大峰值电流为600A。几何形状如图4所示。沿Z轴的核心长度为6毫米。芯由铁磁材料制成，例如晶粒化硅钢，典型的磁性特性如图5所示。初始相对渗透率为10000，饱和磁极化为1.8吨。注意，为了简单起见，不考虑磁滞。芯电阻率为45μΩ/ cm。
直流核心敏感度，sC，评估为0到600 A.图6报告了A1367霍尔板位置的预期测量场和预期的核心敏感性。正如所预期的那样，核心磁敏度达到最大电流。核心灵敏度约为2.36克/ a。在双极模式下，A1367使用±2 V输出跨度。因此，IC敏感度为约1.4mV / g，推荐的A1367部分选项为A1367-LKTTN-2B-T。图7显示最大直流电流的核心磁化;磁化
没有达到饱和度。
现在，正弦电流用600峰值供应到汇流条。
评估三个核心：
- 块
- 沿Z方向层压在0.375 mm床单中
- 沿Z方向层压在0.250mm板上
图8报告磁芯灵敏度衰减Δ过频率。百分比，频率f的衰减定义为：
S.C_F.是频率的核心磁敏度F。S.CDC是DC和10 A中的核心磁性敏感性。在散装核心中，敏感性会降低非常迅速，频率非常好：在100 Hz，这已经很大（> 5％）。否则说，批量核心仅适用于近DC测量。
根据所需的精度，层压芯可使用多达几kHz。正如预期的那样，更薄的纸张导致更好的交流表演。
图9显示了在气隙中测量的输入电流和磁场之间的相移。图9表示IC测量的磁场落后于AC电流
在母线酒吧流动。在层压芯中，该滞后可以高于几kHz的电流频率的电视量。
作为直接后果，由于其高谐波含量，可以通过显着延迟测量输入电流步骤。请注意，衰减和滞后是由于涡流
物理。具有无限带宽的完美磁场传感器也会看到这些效果。
对于0.375mm板叠层芯，图10中报告了衰减与输入电流。在这个剧情上可以看到一个非常有趣的现象。在低频，衰减
在电流上是恒定的，而衰减在5 kHz下衰减约300a。这可以通过涡流引起的芯的早期饱和来解释。300 a以下，
衰减仅是由于浓缩器中的涡电流，其在图5的线性区域工作。在300a时，涡流局部产生饱和的高磁场
核。因此，核心磁敏度已经在300a下降，而核心通常在DC中的600℃下饱和。在比较核心磁化时清晰可见
从图7和图11.注意，图11的核心磁化映射上可见的“噪声”不是真实的，而是由于仿真网格。
图12表示在5kHz和600A的0.375mm叠层芯的截面内的涡流幅度密度。
在600个AC电流下频率
层压芯，厚板0.375毫米
层压芯，厚板0.375毫米
结论
分析显示：
- 由于核心灵敏度改变和输入电流和所产生的磁场之间的相移，涡流诱导电流测量误差。
- 涡流通过核心层压减少：薄片较薄，频率的行为越好。
- 散装磁芯仅适用于直流测量或非常缓慢的AC，大约小于10 Hz。
- 建议叠层磁芯，用于频率高达几kHz的AC测量，纸张几百μm，距离几个左几
百分。 - 对于给定的应用，最坏情况的测量误差是最大的应用频率和最大应用电流。
Allegro工程师可以帮助客户根据电流和频率范围设计最佳磁芯。联系您当地的Allegro Micro亚博棋牌游戏systems技术
援助中心。
[1]“使用Allegro Hall效应传感器IC设计用于高电流传感应用的集中器的指导方针”，亚博尊贵会员
//www.wangzuanquan.com/en/insights-and-innovations/technical-documents/hall-ychect-sensor-publications/current-sensor-concentator.。