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，
雷竞技竞猜下载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型，连同磁芯（图1）。本文件主要讨论交流电（AC）对电流测量的影响。交流输入电流容易在磁芯中产生涡流。这些涡流改变了测量的磁场，从而降低了电流测量的精度。
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”雷竞技最新网址[1]，可在Allegro网站上获得。
请注意，本文档中的所有结果均来自在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，在母线或导线中。因此，用线性磁场传感器测量该磁场，并表征输入电流和磁场之间的系数来测量该输入电流就足够了。这个系数，SC称为耦合因子或磁芯灵敏度。然而，这个耦合系数仅在有限的电流和频率范围内是恒定的。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之几范围内。
涡流基础知识
涡流是伦茨定律的直接影响，伦茨定律指出，由变化磁场在导体中感应的电流的方向和大小，使其产生磁场
这与产生它的变革背道而驰。在使用铁磁芯的交流电流传感器应用中，磁芯内部会感应到涡流，作为切向变化磁场的响应。图2显示了一个YZ横截面，它示意性地表示了大块堆芯中的涡流。
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。
在大块磁芯中
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。
叠片可以通过轧制在Y方向上完成，也可以通过叠片在Z方向上完成（图3）。涡流仍在流动，但幅度减小。
涡流：滚动（左）和堆叠（右）
Allegro A1367LKT线性传感器IC的典型应用
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。
直流铁芯灵敏度，SC从0到600 A进行评估。图6报告了A1367霍尔板位置的预期测量场和预期堆芯灵敏度。磁芯的磁灵敏度是恒定的，直到最大电流，如预期的那样。核心灵敏度约为2.36 G/A。在双极模式下，A1367使用±2 V输出量程。因此，IC灵敏度约为1.4 mV/G，建议A1367零件选项为A1367-LKTTN-2B-T。图7显示了最大直流电流下的磁芯磁化；磁化
没有达到饱和度。
现在，向母线提供峰值为600 a的正弦电流。
评估了三个核心：
- 散装
- 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.库夫磁芯的磁灵敏度是否在频率范围内F。S.C\直流电是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显示了输入电流和在气隙中测量的磁场之间的相移。图9表明IC测得的磁场滞后于交流电流
在母线上流动。在层压磁芯中，电流频率高于几kHz时，这种滞后可以达到几度电度。
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。
0.375 mm薄板叠层铁芯的衰减与输入电流的关系如图10所示。在这幅图上可以看到一个非常有趣的现象。在低频时，衰减
在电流上是恒定的，而衰减在5 kHz时下降约300 A。这可以用涡流引起的磁芯早期饱和来解释。低于300 A，
衰减只是由于集中器中的涡流造成的，集中器在图5的线性区域工作。在300 A时，涡流会在局部产生一个高磁场，使电流饱和
核心。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。请注意，图11磁芯磁化映射图上可见的“噪声”不是真实的，而是由于模拟网格造成的。
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
带0.375 mm厚薄板的层压芯
带0.375 mm厚薄板的层压芯
结论
分析表明：
- 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。
- 铁芯叠片可以减少涡流：薄板越薄，其频率特性越好。
- 体磁芯仅用于直流测量或非常慢的交流测量，大约小于10赫兹。
- 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
百分比。 - 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工程师可根据电流和频率范围，协助客户为其应用设计最佳的磁芯。请联系您当地的Allegro Microsystems技术人员雷竞技竞猜下载
援助中心。
[1]“采用Allegro霍尔效应传感器IC的大电流传感应用集中器设计指南”，雷竞技最新网址
//www.wasanxing.com/en/insights-and-innovations/technical-documents/hall-effect-sensor-ic-publications/current-sensor-concentrator。