振動(dòng)噪聲抑制和電磁兼容控制都可以按照“源-路徑-設(shè)備”的思路開展。從降低激勵(lì)源或干擾源幅值、增加傳遞或耦合路徑的阻尼、保護(hù)敏感設(shè)備三個(gè)方面下手，按照從易到難的原則，攻破各個(gè)山頭。對(duì)激勵(lì)源或干擾源進(jìn)行頻譜、功率譜等特征分析，需要采集源頭信號(hào)。諸如電壓、電流等信號(hào)相對(duì)幅值較大，相對(duì)比較容易采集; ，需要高精設(shè)備采集處理。在這樣的思路下，接下來(lái)PRBTEK針對(duì)大家經(jīng)常疑惑的“交直流電流采集區(qū)別”問(wèn)題給大家分享：

在進(jìn)行NVH激勵(lì)源或電磁兼容干擾源分析時(shí)，我們經(jīng)常使用“羅哥”羅氏線圈測(cè)量相交流電流信號(hào)，這源于羅氏線圈的顯著優(yōu)點(diǎn)：可直接套在被測(cè)導(dǎo)體上測(cè)量交流電流，對(duì)被測(cè)導(dǎo)體、尺寸無(wú)特殊要求;無(wú)需拆裝原有電路結(jié)構(gòu);可進(jìn)行較寬頻率范圍內(nèi)的交流電流測(cè)量，具有較快的瞬間反應(yīng)能力。查看產(chǎn)品用戶手冊(cè)和工程實(shí)際發(fā)現(xiàn)，可發(fā)現(xiàn)羅氏線圈并不能測(cè)量直流電流信號(hào);其實(shí)不僅僅是直流信號(hào)，低頻交流信號(hào)(<2Hz)羅氏線圈也因存在較大的衰減和相位延遲也無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

有果必有因，“羅哥”羅氏線圈一套也不便宜，為什么這個(gè)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)呢?這篇文章就讓我們扒一扒“羅哥”羅氏線圈的那些事。

電流傳感器有多種分類方法：從電流類型上有直流與交流，大電流與微小電流，非脈沖電流和脈沖電流等;從反饋形式上有開環(huán)和閉環(huán)傳感器。林林總總，萬(wàn)變不離其宗，本文先講解電流測(cè)量最基礎(chǔ)的法拉第電磁感應(yīng)定律和霍爾效應(yīng)，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可以生產(chǎn)交流鉗形表，依據(jù)霍爾效應(yīng)可以生產(chǎn)交直流鉗形表;然后通過(guò)對(duì)比不同種類的鉗形表，掌握理解不同電流測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給出“羅哥”不能測(cè)量直流電流的原因，對(duì)電流測(cè)量方法有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

1. 法拉第電磁感應(yīng)定律

法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)基于法拉第于1831年所作的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第偉大之處在于將電和磁聯(lián)系在一起，揭示了它們之間的關(guān)系，把我們帶入“電生磁、磁生電”的電磁世界。

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象里，既然閉合電路里有感應(yīng)電流，那么這個(gè)電路中也必定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)兩種：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)是因?yàn)閷?dǎo)體自身在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)氣隙磁場(chǎng)切割定子繞組，所以繞組兩端存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);感生電動(dòng)勢(shì)是因?yàn)榇┻^(guò)閉合線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，變壓器就是利用感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的能量傳輸。

交流電流測(cè)量原理可以類比變壓器，也是利用的感生電動(dòng)勢(shì)。理想情況下，忽略繞組電阻、繞組電容、漏磁通和鐵芯非線性等因素的影響，高低壓兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)和和電流滿足下圖關(guān)系：

2. 霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是由美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年研究金屬導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的電子產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)方向上的作用力(即洛倫茲力);在該力作用下載流子運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差。

上圖中，帶電電子在磁場(chǎng)作用下在器件的兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)了穩(wěn)定的電荷堆積從而形成橫向電場(chǎng)，最終效果是洛倫茲力和電場(chǎng)力相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，其中兩側(cè)電壓差(電場(chǎng)強(qiáng)度)和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比關(guān)系。

3. 交流鉗形表

法拉第電磁感應(yīng)定律利用“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化電場(chǎng)”原理，兩側(cè)電壓和電流呈固定的比例關(guān)系。由于直流電流無(wú)法產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，因而無(wú)法在二次側(cè)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì);因而，包括羅氏線圈在內(nèi)的采用電磁式電流互感器制作的鉗形表，只能測(cè)量交流電流，不能測(cè)量直流電流。

下面是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制造的鉗表，將線圈套在被測(cè)交流電流上，則在二次側(cè)可以獲得一個(gè)與導(dǎo)體電流成比例的電流，進(jìn)而通過(guò)調(diào)理、放大等處理，可直接顯示數(shù)據(jù)或送至示波器顯示處理。

4. 直流鉗形表

霍爾效應(yīng)實(shí)質(zhì)是指磁場(chǎng)會(huì)對(duì)帶電粒子產(chǎn)生作用力，由于不管直流還是交流只要有電流就會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，因此利用該效應(yīng)即可同時(shí)測(cè)量交流和直流?；魻栯娏鱾鞲衅靼凑辗答佇问椒譃殚_環(huán)式和閉環(huán)式兩種，兩者基本原理類似，差別類似于電機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)和閉環(huán)控制，下面分別對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。

A.開環(huán)式霍爾電流傳感器

開環(huán)式霍爾電流傳感器又可稱為直放式霍爾電流傳感器或直檢式霍爾電流傳感器。開環(huán)式霍爾電流傳感器的原理框圖如下所示：

開環(huán)式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和調(diào)理顯示三部分構(gòu)成。

將霍爾元件放置于磁芯設(shè)計(jì)的開口氣隙處，為便于顯示，上圖將該氣隙畫的很大。此時(shí)，若導(dǎo)線中流經(jīng)電流i,由于磁芯磁導(dǎo)遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)，磁力線被“吸引”到磁芯中去，也就會(huì)集聚到氣隙處。

B.閉環(huán)式霍爾電流傳感器

閉環(huán)式霍爾電流傳感器也可稱零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器等。閉環(huán)式霍爾電流傳感器的原理框圖如下所示：

如上圖，閉環(huán)式霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件、反饋線圈和調(diào)理顯示三部分構(gòu)成。通過(guò)與開環(huán)式對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)閉環(huán)式多了反饋線圈繞組。調(diào)理顯示電路處理霍爾元件的輸出，然后生成補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與原邊電流在磁芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)等大反向，通過(guò)負(fù)反饋維持氣隙處的磁場(chǎng)平衡。

理想情況下，氣隙處維持零磁通，保持磁平衡。上述平衡過(guò)程是在非常短的時(shí)間內(nèi)完成的，反應(yīng)時(shí)間決定著該傳感器能夠測(cè)量的最高頻率電流。

C.開環(huán)和閉環(huán)式霍爾電流傳感器對(duì)比

通過(guò)上面的分析，我們可知閉環(huán)式霍爾電流傳感器氣隙處的磁場(chǎng)保持在零附近，變化幅度非常小，這兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)電流的測(cè)量十分有利。

上文只是講解電流測(cè)試最基本原理，真正實(shí)施還有其它因素需要考慮。

首先，為與AD采樣芯片匹配，電流原始信號(hào)需要調(diào)理放大;其次，變頻輸出電流含有豐富的PWM諧波信號(hào)，需要設(shè)計(jì)低通濾波回路;再次，電磁本身是“看不見(jiàn)、摸不著”的東西，需要考慮漏磁通和電磁兼容特性。

上面任何一個(gè)方面存在短板，濾波參數(shù)是否匹配、漏磁通是否嚴(yán)格控制、抗干擾能力強(qiáng)不強(qiáng)等，都會(huì)影響產(chǎn)品的最終性能。小小的傳感器，也是國(guó)家工業(yè)4.0實(shí)力的縮影。

以上內(nèi)容由普科科技prbtek為您分享，如果您在選型/使用過(guò)程有什么問(wèn)題，咨詢普科科技官網(wǎng)。

審核編輯：湯梓紅