利用电缆上的电压降便可以測量长电缆中流动的大电流,而无需庞大的分流器或昂贵的磁测量方法。但是铜的温度系数(温度补偿系数)为+0.39%/°C,这限制了测量精确度。
温度传感器可以做出补偿,但仅限于点测量装置,其相关性可能会因电缆长度出现问题。要考虑到2.5°C的电缆温度误差或差异会引起1%的误差。
如果在最大电流下至少有10mV的压降,则可用现代零漂移放大器(自动归零,斩波器等)轻松测量。这些放大器提供超低偏移性能,可以精确感测满量程低压降。
剩下的就是如何处理温度系数。本设计实例提出的解决方案利用了大电流电缆是由许多细股组成的这一事实,示例中的AWG 4电缆包含1050股AWG 34线。
本设计实例提出的解决方案利用了大电流电缆是由许多细股组成的这一事实,解决了其它温度传感器的主要问题,从而更好地感测整体温度并实现完美的温度补偿。
在图1中,运算放大器非反相输入检测电缆负载端的电缆压降。MOSFET处于输出/反馈路径中,这一路径通过温度感测线(通常是用于设置增益的电阻),在电源处结束。电路迫使该增益设置元件出现压降,且压降正好等于主电缆压降。这种情况下,增益设置元件是嵌入在定制绝缘电缆组件(包括大电流电缆)内的34号标准规格线的单股绝缘线(包漆,如电磁线)。
图1:使用比例电缆实现大电流测量温度补偿。
AWG 34 = 265.8Ω/1000ft
AWG 4 = 0.248Ω/1000ft (来源:http://www.brimelectronics.com/AWGchart.HTM) 例如,0.474 ft. 4号线 = 117.6 µΩ;10 mV 压降 @ Iin = 85A;Iout = 80mA。
由于电缆由1050股线组成,电流会流入MOSFET和增益元件,正比于总电流除以1050。增益元件和电缆均由铜构成,并且处于紧密的热接触中,抵消了输出随温度的变化。
反馈电流流出MOSFET漏极,通过RLoad接地,提供接地参考输出电压。
线股解决了其它温度传感器的两个主要问题:
1.导线是跨越整个电缆的“分布式”传感器,能更好地感测整体温度情况;
2.导线和主电缆一样为铜材料,可实现完美的温度补偿。
实际测试
我们使用四英尺长的JSC 1666 AWG 4电缆进行测试。沿电缆长度方向切开绝缘层,将34号标准规格电磁线插入绝缘层。电路中使用了NCS333运算放大器。由于运算放大器共模电压与其供电轨相等,因此必须具有轨到轨输入能力(或使用更高的电源)。此外,它应该是零漂移(斩波器)放大器,因为标准轨到轨运算放大器在正轨附近的性能通常较差。