大直流電流的測量

在許多系統中，為了確保性能和安全，需要測量較大的直流電流。兩個例子是靜態勵磁和軌道牽引動力。這些電流的測量通常采用兩種主要原理之一：配有mV級變送器的分流器電阻或霍爾效應傳感器來反饋。

兩種傳感器的原理已存在了幾十年。因此，利用這兩種原理的傳感器已在商業上通過了時間的考驗。然而，每種方法都有其優點和缺點，主要與所應用的物理原理關聯。如果傳感器的缺點本質上與其物理屬性有關，那么無論經歷多少次迭代或設計更改，都很難或不可能克服這個問題。

如果測量的精度特別重要，分流器電阻的設計有其相應的優勢。即使有書面的的精度規格說明，因為鄰近導體的磁場影響和傳感器位置本身，使得非接觸式霍爾傳感器的總測量誤差幾乎不可能去評估。

然而，如果安裝尺寸的最小化是必要的，那么霍爾效應傳感器，其總體布局較小，是可以考慮的。這是由于分流器測量是需要兩塊元器件的系統，分流電阻，它的占地面積正比于與被測量的電流大小，配以相應的mV級變送器。

如果電流測量的精度是最重要的，那么帶相應mV級變送器的分流電阻方案應該是最好的選擇。由于溫度、傳感器和布線的位置、輔助電源的穩定性和耦合性，以及之后可能出現的大電流等各種外部因素的影響，霍爾效應傳感器的初始和持續精度很難評估。

如果應用中的其他考慮因素超過了使用分流器和mV級變送器所帶來的精度優勢，那么霍爾效應傳感器可以進一步考慮。這可能包括，比如在空間有限的情況下安裝一個分流器，一旦將分流器安裝在其中，由于功率耗散，環境空間溫度可能上升。

然而，安裝的難易程度，以及下游設備維護的便利性也應該成為決策的一部分。在這里，由于和標準控制系統的兼容性，以及初始安裝和潛在更換的便利，分流器加上mV級變送器進一步顯示了其優勢。

下表進一步比較了這兩種技術，并相應地用綠色背景突出了每種技術的優勢。

電流測量

分流器電阻+mV級變送器

霍爾效應傳感器（閉環）

測量原理

直接測量實際電流，正比于分流器電阻上的電壓降，根據歐姆原理：U=R x I，帶電氣隔離的mV級變送器將分流器電壓輸出（如，0-50mV）轉換成相應同比例的標準信號（如，4-20mA0-10V），從而控制系統可以輕松讀取。

非直接測量，由電流流過的導體產生的磁場。霍爾傳感器位于纏繞導線的環形磁芯鐵氧體內的空氣間隙中。通常，“閉環”傳感器被使用，通過繞著環形磁芯的線圈的電流用于將空氣間隙中的磁場補償為零，而這個二次側電流正比于磁場。

溫度帶來的精度影響

影響效果低。分流器電阻溫度溫度系數(TC)接近零(10 ppm/K)mV級變送器溫度系統(TC)低，低于50 ppm/K

高，由于環形磁芯的熱膨脹影響空氣間隙，直接影響空氣間隙中的磁場。

故障大電流（遠大于額定電流）帶來的精度影響

耐受大電流，不影響精度

耐受大電流，但因為磁芯剩磁，在故障大電流通過后，會有相應的零漂。

電氣系統中傳感器位置帶來的精度影響

沒有影響

影響大。通常，相鄰導體的磁場疊加在被測導體中流過電流產生的磁場上。

傳感器位置對應于導體位置帶來的精度影響

不相關，沒有影響

空間間隙的方向和導體之于傳感器開孔的位置對測量有影響→能造成較大的測量誤差。

輔助電源穩定性帶來的精度影響

對現代mV級電子變送器無影響。

相當大的影響外部電源須穩定（經常會是雙極）

信號和輔助電源的（去耦）耦合帶來的精度影響

mV級變送器通常提供端隔離。輔助電源和輸出信號間電氣隔離。接地環路或其它環路信號不影響測量。

霍爾傳感器中的輔助電源電氣耦合到輸出信號。這可能或不可能通過接地環路或其他環路信號造成測量誤差。

傳輸速率，截止頻率

中速，對于所有DC和一些AC測量已足夠

高速，對于所有DC和多數AC測量已足夠

輸出信號兼容性

很好通用。工業標準信號典型值，可以被任何控制系統輕松讀取。

二次側輸出電流取決于一次側電流水平。控制系統必須特別設計或調整。（如，±150mA 信號）

隔離：耐受電壓

高，通過現代mV級電子變送器

高，通過無接觸電流測量的物理原理

功耗

通常50mV的分流器被使用。1000A的電流將會在分流器上產生50W的功耗。在KWMW級的系統中，這是無關緊要的。如果分流器安裝在較小的柜子內，這可能會是問題。

低功耗需要用于一次側電流產生的磁場的測量

安裝和更換步驟

分流器電阻成為母排裝置的一部分，由螺絲固定在母排兩端的間隙中。分流器電阻的位置沒有限制。

環形霍爾傳感器安裝在穿過傳感器開孔的母排或電纜上。更換傳感器時，母排需要拆卸。傳感器的位置至關重要，因為其顯著影響測量。

電池包中的“Shunt”（分流器）是一種用于精確測量電池包電流的關鍵部件，以下是其核心信息：

Shunt本質上是一個低阻值的精密電阻，通常由錳銅、鎳鉻等特殊合金材料制成。根據歐姆定律，當電流通過Shunt時，其兩端會產生與電流成正比的微小電壓降。

通過測量這個電壓降，結合已知的Shunt電阻值，即可計算出電流大小。Shunt通常串聯在電池包的主正或主負回路中，常見于電池管理系統（BMS）的高壓盒（BDU/PDU）內，直接測量電池包的總電流。

分流器越來越受到青睞，如下所示為常見的額一種分流器：

分流器的基本原理就是典型的歐姆定律：

分流式電流傳感器的工作原理完全基于歐姆定律

U=I*

其中：

1. U 是電阻兩端的電壓降（單位：V）

2. 是流經電阻的電流（單位：A）

3. 是電阻的阻值（單位：Ω）

簡單來說：它通過測量一個已知阻值的精密電阻（即“分流器”）上的微小電壓降，來計算出流過該電阻的電流值。

如何確定這個精密電阻呢。

通過一款實際的產品來進行測試：

阻值非常小的精密電阻，通常為毫歐級（mΩ），例如 0.1mΩ、0.5mΩ、1mΩ 等。（電阻的標準值為0.1mΩ，實測存在偏差）

需要考慮溫度的影響，通常設置一個10K歐的電阻；插入損耗（壓降）和功耗：串聯在回路中在大電流下，功耗和發熱成為嚴重問題，因此需要有溫度傳感器作為監控（電路板上有一個10KΩ的熱敏電阻）。

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