Vishay全新隔离式大电流检测解决方案
在逆变器、转换器和电机驱动器等功率电子系统设计中,实现精确和安全的大电流测量至关重要。其中,基于分流电阻器(电阻式传感器)的电流测量法,凭借着响应速度快、精度高、温度系数较低、实施方便灵活等特点,在相当广泛的应用场景中,都是理想之选。
图1:各类电流传感器应用场景比较
分流电阻器法电流测量的原理很好理解:利用一个低阻值的精密电阻器(即分流电阻器)作为传感器,当被测电流通过分流电阻器时,会在其两端产生一个电压降,根据欧姆定律(V = I × R)就可以测算出电流的大小。
不过,当面对较高电流测量时(通常大于 50 A),在方案设计中需要综合考虑多种因素,比如分流电阻器的低阻值、高功率特性,以及在宽温度范围的稳定性;同时也要考虑集成隔离放大器,确保测量信号传输过程中,不会受到高压或噪声的干扰,以实现更佳的安全性和可靠性。想要满足这些设计要求,并不轻松。
为了针对性地应对这一设计挑战,简化应用开发工作,Vishay 推出了一款面向高压应用领域全新的隔离式大电流检测解决方案(ISO-BB-CSAO 和 ISO-SMD-CSAO)。该方案可支持高达 1415 A 的交流电流测量、高至 1200 VRMS 的隔离电压,提供隔离单端模拟输出,并具有低温偏移和增益漂移特性,以及 280 kHz 的带宽,综合性能表现十分出色。
图2:Vishay 隔离式电流检测参考设计:
ISO-BB-CSAO (左) 和 ISO-SMD-CSAO (右)
本参考设计出色的性能表现,很大程度上得益于 Vishay 高性能无源元件和半导体分立器件的加持。
在 ISO-BB-CSAO 参考设计的传感级,采用了 WSBE 系列分流电阻器,该镍铬合金电阻器具有高达 1825 A 的高功率电流感应能力、超低的电阻值、极低电感 (< 5 nH)、低热电动势 (< 1.25 μV/°C),TCR 低至 ± 10 ppm/°C,并通过了 AEC-Q200 认证,无疑是大电流测量的上佳选择。
而在应用于相对较“低”电流水平测量的 ISO-SMD-CSAO 参考设计中,则使用了 Vishay 的 WSL 分流电阻器,其支持高达 54 A 的连续电流测量,同样采用了全焊接结构,具有极低电阻、耐硫、极低电感、低热电动势的特性,也通过了 AEC-Q200 认证。
图3:Vishay 隔离式电流检测参考设计框图
除了分流电阻器,该参考设计中另一个关键的角色就是 VIA0050DD 隔离放大器,其作用是在输入和输出之间提供电气隔离,为敏感元件和用户提供可靠的安全防护,同时也有助于消除接地回路并降低噪声,以增强整体信号完整性。
VIA0050DD 是一款高性能差分输出隔离放大器,非常适合于分流器法的电流测量,该器件基于 Vishay 专有的电容隔离技术,支持高达 41 的固定增益,线性差分输入信号范围为 ± 50 mV,并提供差分模拟输出。VIA0050DD 的低偏移漂移 (典型值 0.15 μV/°C) 和低增益漂移 (典型值 15 ppm/°C) 特性,可确保在整个温度范围内具有良好的精度;100 kV/μs 的 CMTI,也有利于在嘈杂环境中实现精确测量。
总之,Vishay 将高性能的分流电阻器和隔离放大器相结合,提供了一款完整的高精度、高可靠大电流测量解决方案。