我需要什么样的电流传感器精度？

用于功率分析的宽频带DW500UB-2V

我需要什么样的电流传感器精度？选择Danisense！

引言

基于宽禁带半导体技术（如氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC））的功率转换产品现在可以在显著更高的开关频率下运行，这可以产生几乎W美的正弦波形。由于扼流圈的电感值和电容器的电容值与开关频率成反比，因此可以制造更小、更轻的滤波元件，如扼流圈和电容器。未来，基于SiC和GaN的组件将继续在更多应用中获得认可。

Danisense推出了新型号DW500UB-2V，它能够处理现在所需的宽频带。

电力分析仪背景

电力分析仪通常使用以下基本公式来计算有功功率。

因此，电压 v(t) 和电流 i(t) 的数字化瞬时值被相乘，并将结果在一个定义的时间窗口内累加起来。基本上，直流分量、所有谐波和非谐波分量，直到功率分析仪的带宽限制或滤波器截止频率，都被考虑在内。高端市场的功率分析仪已经可以运行到10 MHz的频率。在大多数情况下，电压信号由功率分析仪直接处理，以便可以使用功率分析仪的完整带宽。

对于大于30 A的电流测量，通常使用电气隔离的电流传感器，这些传感器必须以高精度将初级信号传输到次级侧。这些电流传感器的主要部件是铜线圈和铁芯。此外，罗戈夫斯基线圈由绕有铜线的线圈体组成。这种构造导致线圈电感，以及在各个线圈之间和各个线圈层之间总是形成的不想要的电容。因此，每个铜线圈都代表一个潜在的振荡电路。通过汤姆森振荡方程，可以计算出共振频率。

这意味着电流传感器通常具有有限的带宽。为了相应地减少功率计算的带宽，激活了功率分析仪内部的滤波器。否则，如下面的图1所示，功率分析中的高频分量有时会被电流传感器强烈扭曲。

图1：测量设备的截止频率与电流传感器的频率响应

在测量设备中，这些看起来混乱的误差曲线只能进行有限的补偿，因为振荡特性强烈依赖于铜线圈的电容，因此随着温度变化，曲线会发生偏移。

下一代功率电子学的高开关频率

特别是当使用高开关频率的变频器控制电动机时，功率的有源分量也可以在三位数的千赫兹范围内找到，因为根据下面的公式，开关频率的倍数会显示在电流和电压信号中。

开关频率及其谐波由有功和无功功率分量组成。为了以足够的精度测量这些分量，除了幅度误差外，相位误差也必须非常精确。

相位位移

特别是当使用电动机等感性负载时，负载的感性分量随着频率的增加而增加。功率因数相应地随着频率的增加而降低。这反过来又导致相位误差对功率计算的影响越来越大。这种相关性在图3中显示。

图3：在更高频率下的有功功率和相位误差的影响

相同的相位误差会导致有功功率计算中的误差更大（红色标记）。不同相位误差的更精确值可以在下面的图4中找到。

图4：电流传感器的相位位移及其对有功功率测量的影响，取决于系统功率因数角Θ

DW500UB-2V

DW500UB-2V在10 MHz以下没有共振干扰。这是线性传输行为直到10 MHz的基本要求。相位误差由固定的时延组成，主要是由2米同轴电缆引起的。测试协议中提到了这个时延。如果测量设备可以补偿固定的时延，相位误差可以显著降低。这在下面的图5中有所说明。

图5：DW500UB-2V在2米RG58电缆下，有和没有补偿12.5纳秒时延的频率响应

例如，在ZES ZIMMER的LMG671的选择菜单中，有一个相应的输入模板，可以输入时延。

除了精度之外，还必须考虑在较高频率下主导体的电流承载能力。电流传感器及其铜线圈也必须相应地设计。DW500UB-2V能够在25°C下处理高达100 kHz的整个额定电流。