电流互感器技术要点与选择

资料员

长期以来，电流互感变压器作为仪器设备中的一种标准器件一直用来测量精密电流。即使在恶劣的环境和高温条件下，这种器件也非常精确，使用方便可靠。 　　在诸如开关电源、马达电流负载检测、照明及仪器等应用中，电流互感变压器一般作为控制、电路保护和监测器件来使用。随着电流互感变压器现货的日益增多，如何选择一款合适的电流互感变压器需要考虑多方面的因素，本文介绍一种简单的选择方法，这种方法在很多应用中对于选择合适的高性价比器件非常有帮助。虽然现货器件价格便宜，立等可取，但是在使用上有一些功能限制，某些应用可能需要特殊的产品，甚至需要完全定制。
　　电流互感变压器的选择要考虑多种因素，例如尺寸大小、频率、功能和电流范围等
　　输入电流
　　首先，电流互感变压器的选择必须明确并验证多项指标，例如尺寸大小、频率、功能和采样电流的范围。它的精度和效率实际上取决于这些参数指标。除了可能会在电流互感变压器精度上进行折中之外，如果电流互感变压器使用时的电流超过了制造商规定的额定电流规范，那么其工作温度就会不断上升且无法控制，从而导致电路失效。
　　另外，如果某种电流互感变压器的额定值比其“采样电流”高出很多，那么这种器件的尺寸不可避免地将会很大，对于其应用来说就显得太昂贵了。一般而言，所选的电流互感变压器的额定值约高于其“采样电流”最大期望值的30％就是一种明智的选择。
　　匝数比
　　常见的电流互感变压器的匝数比范围从1:10到1:1000不等。匝数比（r=Nsec/Npri）越高，电流测量的分辨率就越高。
　　但是，值得注意的是，过高的匝数比将会导致分布电容和泄漏电感的增大，从而降低电流互感变压器的精度和高频下的工作性能（由于自谐振引起的）。然而，如果匝数比过低（低感应系数），那么输出信号可能会出现歪曲或者“下降”（单级输入信号必定发生歪斜），从而引起控制电路不稳定，测量结果不准确。
　　感应系数和激励电流
　　电流互感变压器的次级感应系数决定了输出信号的保真度。感应系数的值与激励电流成反比，激励电流俗称为“感应电流”。
　　为了确保电流互感变压器的最大容错性能，激励电流应该比采样电流的幅值小若干倍。对于开关电源等大部分应用来说，取采样电流的10％作为激励电流的最大值是比较理想的。例如，如果某个电路在100kHz下对于1～20A的采样电流必须保证最大10％的损耗，那么激励电流的最大值必须设置为100mA（即最小采样电流值的10％）。
　　1A的采样电流将产生10％的误差，20A的采样电流将产生0.5％的误差。如果制造商提供的数据手册中没有标明激励电流，那么可以通过以下公式计算出来：
　　e = CLdI/dt
　　|dI/dt| = e/L
　　其中e是器件输出电压（单位是V），L是感应系数（单位是H），|dI/dt| 是激励电流与时间的比值（单位是A/s）。
　　输出电压和负载电阻
　　输出电压（Vo）应该设置得尽可能低，以减少介入损耗。假设某个电路的最优次级输出电压是0.5V，输出电流为20A，那么匝数比为1:100的电流互感变压器就会产生约200mA的次级电流。如图2所示，负载电阻应该为：Ro=Vo/Is = 0.5/0.2 = 2.5Ω。