做一个硬核的硬件工程师:防止误测,电流测试的技巧

2019年12月03日 作者:Teardown

电流的准确测量对测试结果至关重要,但想要准确测量电流就需要选用合适的电流探头与正确的测试方法。本文跟您说说电流测量那些事儿。

在日常的计量测试工作中,电流是一个相当重要的测量值。和使用采样电阻产生压降的方式测量电流相比,电流探头只需把导线完全绕在探头磁芯上就可以实现电流测试。这种方式不需要断开电源来连接,可以在不破坏导线的情况下测量流经导线的电流,使用十分便捷。此外,电流探头与电压探头配合使用能够测试功率、相位等数据,这对于电气设计来说是非常有意义的。

一、电流探头的原理

常用电流探头有霍尔传感器和测量电流磁场两种类型。

霍尔效应传感器是一种根据磁场变化输出电压的换能器,其电流探头一般是测量直流或低频信号的。此类电流探头是利用补偿原理实现测量的,测量范围可借助于补偿放大器, 通过改变转移阻抗加以改变。

电流互感器类型的电流探头只能用于测量交流电流,常用于高频测量。互感器核心内的交流电流在核心内产生磁场,然后在第二绕组电路中引出电流,并被馈送至测量仪。第二绕组的感应电压将与主要绕组电流成正比。电流卡环是将线圈绕组绕制在导磁率较高的磁性材料上, 当被测电流较大时, 存在磁饱和问题。为了进行精确测量,需要偶尔对探头进行消磁,并在消磁后补偿探头上保留的任何直流偏移。

现在常见的技术是混合交流/直流电流探头,在一个探头内整合了用于测量直流和低频的霍尔效应传感器元件以及测量交流的电流互感器。

图1 霍尔效应传感器类型

图2 电流互感器类型

图3 混合霍尔效应传感器和电流互感器类型

二、ZCP0030-50电流探头

我司研发的ZCP0030-50电流探头是混合交流/直流型,可以测量直流/交流电流,测量模拟带宽50MHz,测量精度可达1%。这款探头有30A和5A两个量程,电流传输比分别为 0.1V/A 和 1V/A,主要用于测量马达、开关电源、逆变器、控制器、传感器、放大器的瞬时电流等。

图4 ZCP0030-50外观图

三、ZCP0030-50电流探头性能测试

ZCP0030-5电流探头性能参数测试包括17项功能指标和1项性能指标,综合精度、带宽、上升时间、分辨率和噪声等测试。测试结果如下表所示。

图5 ZCP0030-50 测试结果表

1、直流精度测试

校准源输出不同的被测电流值,使用六位半万用表读取电流探头的响应电压值。从测试的数据可知,ZCP0030-50在量程范围内的直流精度为±1%±1mV。

图6 直流精度测试表

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