1. 前语
现在，在以功率调节器和变频器等功率转化体系为代表的功率电子范畴，要求高精度、宽频的电流丈量。咱们公司从1971年出售钳形表CT-300(图1)以来，一向依据丈量用处供给各种电流传感器(图2)。在本文中，咱们聚集于高精度、宽频的电流丈量，针对咱们公司的电流传感器的专长和电流丈量的关键进行论述。
图 1: 出售于1971年的电流传感器CT-300
图 2: 日置的零磁通式电流传感器
2. 关于电流传感器的检测方法
电流传感器的检测方法尽管林林总总，但大多数都是依据被测导体内的电流活动，用卷线检测刺进磁通的磁电转化元件和磁芯。可是，各种检测方法各有利弊，很难用一种方法来满意一切的检测要求。而咱们公司结合两种方法，采纳零磁通式(也被称为环闭式或磁平衡法)供给高精度、宽频的电流传感器。
零磁通式如图3、图4所示，是构成包含磁回路的负反应电路，取消磁芯上因被测电流发生的磁通，向反应线圈活动电流的方法。因为能够把作业磁通按捺到最小程度，所以具有能够把因磁性材料发生的非线性影响下降到最小程度的长处。
咱们公司的高精度传感器如图3所示，是结合磁通门方法和变流器(CT)方法的零磁通方法。磁通门方法能够检测直流，因为是不运用半导体的检测方法，具有偏移电压比较小，温度安稳性、长期安稳性好的特色。咱们公司供给精度0.02%rdg，频宽3.5MHz的国际尖端水准的高精度和宽频电流传感器。并且，因为灵活运用了磁通门方法的高温安稳性，使得咱们的产品可在-40℃～+85℃的温度规模内运用。
另一方面，宽频电流传感器如图4所示，选用结合霍尔元件和变流器(CT)方法的零磁通方法，供给从直流到最大120 MHz频宽的电流传感器。磁性检测的中心部件霍尔元件由咱们公司自己出产，灵敏度高且搅扰低，最合适与示波器调配运用来观测细小电流的波形改变。
图 3: 零磁通式(磁通门式)
图 4: 零磁通式(霍尔元件式)
3. 电流传感器结构的差异
电流传感器在结构上分为贯穿式和钳式两种。贯穿式的磁芯没有切割面，磁芯周围简略得到均一的特性，因而能够构成非常高精度的电流传感器。可是，接线时需求把电源线从中穿过，所以必需求先堵截电源，设备在作业的状态下无法进行接线。
另一方面，钳式的磁芯是切割结构，夹住电源线就能够进行丈量，不需求像贯穿式那样堵截电源线，即便是在作业的状态下也很简略丈量。可是，因为有切割面，磁芯周围很难得到均一的特性，一般来说钳式电流传感器丈量精度较差，受导体方位的影响很大。因而，很难得到重现性杰出的丈量。而咱们公司运用常年研制电流传感器的技能窍门，供给即便是钳式也能够做到高精度丈量的传感器，后边具体论述。
4. 电流传感器的选型关键
电流传感器在进行高精度丈量的时分，最重要的一点便是针对丈量目标挑选合适的电流传感器。
大多数的高精度电流传感器(精度0.1%以下)选用的都是电流输出，而咱们公司的高精度电流传感器选用的是电压输出。一般来说，信号传输的质量以电流输出方法的优势比较多，而电流传感器方面电压的输出方法有利处比较多。下面咱们将关于电压输出的有利之处和电流传感器的选型关键来进行叙说，请咱们参阅。
4.1电流传感器的额外值、丈量频宽要恰当
为了进行高精度的电流丈量，挑选合适丈量目标电流规模的额外的电流传感器是很有必要的。比方用相同丈量精度的10 A额外传感器和500 A额外的传感器来丈量5 A的电流，10A额外的电流传感器的丈量成果不论从精度仍是从丈量成果的重现性上都比较有利。咱们公司的电流传感器是用真有效值规则额外电流，可是许多电流传感器都用峰值规则额外电流，因而需求留意。
别的，电流传感器的丈量频宽是否能够掩盖丈量目标悉数的频率也是需求承认的。
4.2丈量频率对振幅和相位都有精度规则
一般来说，和功率计调配运用的高精度电流传感器大多数都是只规则了直流和工频(50 Hz/60 Hz)振幅的精度。关于相位的精度简直都没有规则。一般的高精度电流传感器所用的电流输出，在高频下的振幅和相位的精度是很难规则的。因而除工频以外，大多数只发布有代表性的数据，需求留意。而咱们公司因为选用的是电压输出，一切丈量频宽规模内振幅和相位的精度都能够规则。正确的功率丈量除了振幅精度以外，相位的精度也是非常重要的，特别是在挑选用于功率丈量的电流传感器的时分，挑选规则相位精度的电流传感器是非常重要的。
4.3 通用性强
因为是电压输出的电流传感器，不只是与功率计，与DMM、示波器、记录仪等都能简略地调配运用，1个电流传感器可用于各种用处是其长处。
4.4 S/N比高
咱们公司的高精度电流传感器，丈量额外电流时规划为2V输出。例如，咱们公司的CT6863(200 A额外)和功率计在丈量AC 200A的情况下，输入功率计的是AC 2V。另一方面，因为电流输入式的功率计的输入部分里边内置分流电阻，即便电流传感器的输出传送的是电流，但终究仍是转化成电压。运用变比1500:1的高精度电流传感器丈量AC 200 A的情况下，因为一般分流电阻的阻值为0.5Ω或许0.1Ω，因而用功率计丈量的电压为
133.3 mA×0.5 Ω=AC 66.65 mV
133.3 mA×0.1 Ω=AC 13.33 mV
用功率计丈量的信号电平为2V和13.33 mV～66.65 mV，所以和电流输出的电流传感器比较S/N比更高。
4.5简略调整和校对
咱们公司的电流传感器因为是电压输出，所以具有简略进行调整和校对的长处。因而，包含输出线在内也能规则精度。别的，包含输出线在内细小的电阻引起的电压下降也能进行调整。还能够定制规范长度以外的输出线。
咱们公司的高精度电流传感器不只适用于直流和工频，在高频范畴也能够校对。以下是咱们公司电流传感器校对的比方。各个频率点都进行可追溯性的校对。
振幅：±DC/50Hz/60Hz/1kHz/10kHz/100kHz/300kHz/700kHz/1MHz
相位：50Hz/60Hz/1kHz/10kHz/100kHz/300kHz/700kHz/1MHz
5. 高精度丈量的留意点
依据常年进行电流传感器开发的经历，介绍一下用电流传感器进行高精度电流丈量的留意事项。
5.1 把丈量导体放到中心方位
不论哪个电流传感器，导体方位的影响都是存在的。影响的量跟着丈量频率有变大的倾向。即便是特性好的贯穿式电流传感器，在10k Hz以上的高频的情况下，影响也会变的很大。电流传感器的厂家规则的精度一定是规则在电流传感器的中心方位。特别是丈量高频电流的情况下，要进行高精度和高安稳的丈量，最好考虑把丈量导体放在电流传感器的中心方位。
5.2 电流传感器附近不要有附近导体
电流传感器是检测被测导体电流活动时发生的磁场，因而即便不是丈量目标，附近导体有电流活动的时分多少也会受到影响。特别是高频电流的时分影响就更大。因而，为了进行高精度电流丈量，尽可能让附近导体远离电流传感器。特别是高频电流的影响很大，请将一切的电流传感器都会受到影响考虑在内再进行丈量。
6. 高精度电流传感器精度的优势
咱们公司的高精度电流传感器在丈量频宽内一切的频率规模都对精度进行了规则。一般电流传感器的精度是以电流传感器的中心方位为规范。可是实际运用时把丈量导体放在中心方位是件不简略的工作。
图5显现的是咱们公司高精度传感器(CT6841)的频率特性和标准。依据频宽规则精度，即便导体方位发生改变，也能够符合规则的标准。
别的，咱们公司的高精度电流传感器关于精度标准保留了足够的余量，实际上具有比标准参数更高的实力。
图 5: 增益-频率特性
7. 高精度的钳式电流传感器
图 6: 高精度钳式电流传感器 CT6843
前面叙述了一般的钳式电流传感器，因为开口结构，精度和丈量成果的重现性不是很好，在这一章节里将介绍图6所示咱们公司的高精度钳式电流传感器CT6843(200 A额外)的特性的一部分。 图7～图9是和相同量程的咱们公司的贯穿式电流传感器CT6863(200 A额外)的特性比较。咱们公司的钳式电流传感器具有与贯穿式电流传感器非常挨近的特性。可充分利用于高精度的功率丈量。
钳式电流传感器之所以具有这样的功能，首要原因是除了开口部分以外，选用了周边均一以及将磁阻按捺到最小程度的开口结构。有意识的规划成和贯穿式相同的磁芯周边均一的结构。
别的，咱们公司的钳式电流传感器不只注重功能方面，也注重操作性。从开关到确定的动作可用单手轻松完结。并且在各种环境下都能运用，适用-40℃～+85℃的温度规模，在高温环境下的轿车发动机舱等严格环境下运用也没有问题。
愈加值得一提的是，咱们公司供给的功率计是电流传感器专用规划。因而，功率计能够直接供电给电流传感器，并能够自动识别电流传感器。最合适与功率计组合进行高精度、宽频的功率丈量。
图 7:线性图
图 8: 导体方位的影响
图 9: 增益-温度特性
8. 宽频钳式电流传感器
图 10: Wideband current sensor CT6701
咱们公司的宽频电流传感器，如前面所述与高精度的电流传感器比较有丈量频率规模广，搅扰低的长处。其间，咱们公司供给的具有最高的电流-输出电压转化率(以下称为输出率)和频率规模(图11) 的CT6701(图10)是最合适观测过渡呼应电流波形和浪涌电流等高速呼应波形，或含有各式各样频率成分的细小电流波形的电流传感器。
宽频电流传感器如前面所述，是运用薄膜霍尔元件零磁通方法的AC/DC电流传感器。中心的霍尔元件是选用咱们公司自己开发出产的薄膜霍尔元件。
经过选用与以往产品比较大幅度下降搅扰的薄膜霍尔元件，完成了输出率1V/A(是一般的10倍)和低搅扰性。 图12显现的便是以往产品的比较。因而，对小型马达等轿车电气部件的操控电流mA波形，能够进行更精密的观测。别的， 具有120MHz(-3dB)的宽频，与示波器等波形观测仪器衔接运用，能够观测到含有各种频率成分的电流波形。比方，用于观测功率转化和马达操控运用的开关回路的操控电流和负载电流，可观测高速脉冲开关的半导体器材的电流波形或纹波波形等。
图 11: CT6701 幅频特性(典型)
图 12: 20mAp-p波形(与咱们公司以往产品的比较)
9. 结语
本文聚集于咱们公司继续研制电流传感器超越40年，介绍了零磁通方法的检测原理，电流传感器的选型关键，以及运用时的留意事项和特性的一部分。在要求高精度、宽频电流丈量的功率电子范畴里，假如能在丈量电流时对您有所参阅协助，对咱们来说将会感到非常侥幸。
