电流是电子或电气工程中非常关键的因素。在电子产品中，电流的带宽可以从几纳安到几百安培。在电气领域，该范围通常可以扩展到几千安培，尤其是在电网中。有多种方法可以检测和测量电路或导体内部的电流。在本文中，我们将讨论如何使用 各种电流传感技术来测量电流，以及它们的优点，缺点和应用。
霍尔效应传感器电流感测方法
霍尔效应是由美国物理学家埃德温·赫伯特·霍尔（Edwin Herbert Hall）发现的，可用于感应电流。它通常用于检测磁场，可用于许多应用，例如车速表，门警报器，DIY BLDC。
霍尔效应传感器根据磁场产生输出电压。输出电压的比例与磁场成正比。在电流感测过程中，通过测量磁场来测量电流。输出电压非常低，需要通过使用噪声非常低的高增益放大器将其放大到有用的值。除了放大器电路以外，霍尔效应传感器还需要其他电路，因为它是线性传感器。
优点：
- 可以以更高的频率使用。
- 可以准确地用于交流和直流。
- 基于非接触的方法。
- 可以在恶劣的环境中使用。
- 这是可靠的。
缺点：
- 传感器漂移并需要补偿。
- 附加电路需要有用的输出。
- 比分流技术昂贵。
霍尔效应传感器用于钳形表以及许多工业和汽车电流检测应用。许多类型的线性霍尔效应传感器可以感应从几毫安到几千安培的电流。因此，智能电网监控应用程序还使用其他类型的霍尔效应传感器来监控导体电流。
磁通门传感器电流感测方法
饱和电感是磁通门感应技术的主要组成部分。因此，磁通门传感器被称为饱和电感电流传感器。用于磁通门传感器的电感器磁芯在饱和区域工作。该电感的饱和度高度敏感，任何内部或外部磁通密度都会改变电感的饱和度。磁芯的磁导率与饱和度成正比，因此电感也会改变。电感值的这种变化由通量门传感器分析，以感应电流。如果电流高，则电感变小；如果电流低，则电感变大。
霍尔效应传感器的工作原理与磁通门传感器类似，但两者之间有一个区别。区别在于核心材料。磁通门传感器使用饱和电感，霍尔效应传感器使用空芯。
在上图中，显示了磁通门传感器的基本结构。有两个缠绕在可饱和电感器铁心上的初级和次级线圈。电流的变化会改变磁芯的导磁率，从而导致另一个线圈两端的电感发生变化。
优点：
- 可以在很宽的频率范围内进行测量。
- 具有很高的准确性。
- 低偏移和漂移。
缺点：
- 高二次功耗
- 初级导体中电压或电流噪声的风险因素增加。
- 仅适用于直流或低频交流。
太阳能逆变器中使用了磁通门传感器来感应电流。除此之外，使用磁通门传感器可以轻松完成闭环交流和直流电流测量。磁通门电流检测方法也可用于漏电流测量，过电流检测等。
Rogowski线圈电流感测方法
Rogowski线圈以德国物理学家Walter Rogowski的名字命名。罗氏线圈使用螺旋形空心线圈制成，并缠绕在目标导体上以进行电流测量。
在上图中，显示了带有附加电路的Rogowski线圈。附加电路是积分器电路。Rogowski线圈根据导体中电流的变化速率提供输出电压。需要额外的积分器电路以产生与电流成比例的输出电压。
优点：
- 这是检测快速高频电流变化的好方法。
- 在处理次级绕组方面的安全操作。
- 低成本解决方案。
- 开环构造，操作灵活。
- 温度补偿并不复杂。
缺点：
- 仅适用于交流
- 灵敏度比电流互感器低。
罗氏线圈具有广泛的应用范围。例如，测量大型功率模块中的电流，尤其是跨MOSFET或高功率晶体管或IGBT的电流。Rogowski线圈提供了灵活的测量选项。由于Rogowski线圈在瞬变或高频正弦波上的响应非常快，因此，它是测量电源线中高频电流瞬变的理想选择。在配电或智能电网中，Rogowski线圈为电流测量提供了出色的灵活性。
电流互感器电流传感方法
电流互感器或CT用于通过次级电压感测电流，该电压与次级线圈中的电流成比例。它是工业变压器，可在次级线圈中将较大的电压或电流值转换为较小的值。测量是在次级输出上进行的。
在上图中，显示了构造。它是理想的CT变压器，其初级和次级比率为1：N。N取决于变压器的规格。在此处了解有关变压器的更多信息。
优点：
- 大的电流处理能力，比本文中显示的其他方法要大。
- 不需要额外的电路。
缺点：
- 需要维护。
- 磁滞会导致磁滞。
- 高初级电流会使铁氧体磁芯材料饱和。
基于CT变压器的电流感测技术的主要用途是在电网中，这是因为其电流测量能力非常高。很少有钳型表还使用电流互感器来测量交流电。
分流电阻电流检测方法
这是电流感测技术中最常用的方法。此技术基于欧姆定律。
串联的低值电阻器用于检测电流。当电流流过低值电阻器时，会在电阻器两端产生电压差。
让我们举个例子。
假设1A电流流过1欧姆电阻。根据欧姆定律，电压等于电流x电阻。因此，当1A电流流过1欧姆电阻时，它将在电阻两端产生1V电压。电阻器的功率是要考虑的关键因素。但是，市场上也有非常小的阻值电阻，其阻值在毫欧范围内。在这种情况下，电阻两端的电压差也很小。需要一个高增益放大器来增加电压的幅度，最后，使用反向计算基础来测量电流。
这种电流检测技术的另一种方法是将PCB走线用作分流电阻。由于PCB的铜走线具有很小的电阻，因此可以使用该走线来测量电流。但是，在这种替代方法中，要获得准确的结果，几个依赖性也是一个很大的问题。改变游戏规则的主要因素是温度漂移。取决于温度，走线电阻会发生变化，从而导致错误结果。需要在应用程序中弥补这一错误。
优点：
- 极具成本效益的解决方案
- 可以在交流和直流中工作。
- 不需要其他设备。
缺点：
- 由于散热，不适合大电流运行。
- 由于电阻两端的能量浪费，分流测量会不必要地降低系统效率。
- 热漂移会在高温应用中产生错误结果。
分流电阻的应用包括数字安培表。除了霍尔效应传感器以外，这是一种准确且便宜的方法。分流电阻器还可以提供低电阻路径，并允许电流将一个点传递到电路中的另一点。
如何选择合适的电流检测方法？
选择合适的电流检测方法并非易事。选择正确的方法需要考虑的因素很少，例如：
- 需要多少精度？
- 直流或交流测量或两者兼而有之？
- 需要多少功耗？
- 当前要测量的范围和带宽是多少？
- 成本核算。
除此之外，还需要考虑可接受的灵敏度和干扰抑制。由于无法满足每个因素，因此需要根据应用程序需求的优先级进行一些折衷，以折衷一个功能。