双电阻差分电流采样_电流检测技术综述

一、欧姆定律
(1) 分流电阻

这种拓扑结构有一定的风险，低端检测电路容易干扰地线；高端检测，电阻和运输要求高。

检测电阻是最简单的电流测量方法，可用于测量交流电流或直流电流。用这种方法测量电流的最大缺点是将电阻连接到待测电路中，导致功耗（I^2*R）。

优：成本低，精度高，体积小 劣：温漂大，精密电阻难以选择，无隔离效果

(2) TRACE电阻

欧姆定律表明，导电体两端的电压与通过导电体的电流成正比。对于电阻物质，该定律可以衍生为：J=σ（E v × B）。

J型是电流密度，E是电场强度，v是电荷流速，B磁通量密度作用于电荷，σ材料的导电性。此时，上述风格可以简化为：J=σE

这样，电路中导体本身就采用了这种方法 TRACE电阻代替分流电阻测量电流也是一种可选的电流测量方法。

优：不引入额外电阻，也不会造成额外的电能损失 ：劣：电压信号很小

如果使用TRACE高增益放大器需要放大电压信号，但放大器的带宽性能从未突破瓶颈。

针对许多专家学者TRACE研究了电阻的电流测试性能，结果表明金属铜具有典型的热漂移性，因此该测量方法不适用于高精度应用环境。

(3) 电感直流电阻

电感直流电阻测量电路属于无损采样电路。采样前需要准确调试电路；目前只适用于粗略测量电流。通常用于开关电源的无损电流测量和低压(小于 1.5V ）电流测量场合。

二、法拉第电磁感应定律
电磁感应现象是指由于磁通量的变化而产生感应电势的现象。例如，当一些关闭电路的导体在磁场中切割磁感应线时，导体中会产生电流（感应电流）。
(1) 罗氏线圈
Rogowski Coil它是一个线圈，可以直接设置在测量的导体上来测量交流电流。它实际上是一种特殊类型的互感器，通常用于测量交流高压和瞬时电流。
感应电势在任何封闭电路中的大小等于通过该电路磁通量的变化率，可以表示为：

罗氏线圈中的磁通量密度与待测电流之间的关系可通过安培环路定则获得：

B 磁通量密度， r是罗氏环的半径，u0是磁常数，ic是待测电流。

由于罗氏线圈内没有铁磁材料，线圈不能驱动到饱和，因此是线性设备。

Rogowski线圈不仅可以校准较低的电流，还可以在电流非常高的情况下使用。这进一步降低了操作难度和校准高电流的成本。

然而，这种方法也有缺点：当测量电流不在线圈中心时，上述原理仍能正常工作，但会产生一定的误差。

(2) 变压器测量
与罗氏线圈相比，电流变压器测量的最大优点是输出端电压与待测电流成正比；同时，待测线圈线圈位置变化对测量精度的影响。测量的输出信号可以直接用模数变换器取样，而无需放大器放大。三、磁效应
磁传感器是将磁场、电流、应力应变、温度、光等外部因素引起的敏感元件的磁性能变化转换为电信号，以检测相应的物理量。
它广泛应用于现代工业和电子产品中测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。
(1) 霍尔电流传感器
霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体（或半导体）放置在磁场中，电流通过时，导体中的电荷载体受到洛伦兹力的影响，然后产生电压（霍尔电压）。
式中nq电荷密度，d导体的厚度。

Hall该装置是一种由半导体材料制成的磁电转换装置。如果电流通过输入端控制，当磁场B通过该装置的磁表面时，霍尔电势出现在输出端。
负流导体电流的大小间接测量霍尔电势的大小。因此，电流传感器通过电磁电的绝缘隔离转换。

(2) 磁通门电流传感器

磁通门电流传感器测量精度高，温度稳定性好。但它很容易受到激励源带来的外部磁场的干扰。Guillermo采用激励绕组差异的形式，减少激励源对外部磁场的干扰。由于变压器效应，高频激励源与反馈绕组耦合，对传感器产生噪声干扰。传感器可以使用额外的磁芯和额外的线圈，以减少内外磁场造成的干扰。

基本磁通门传感器，信号线圈 P 端输出的电压信号如下：

(3) 巨磁阻传感器
基于巨磁阻效应的传感器主要有三层：参考层（Reference Layer或Pinned Layer），普通层（Normal Layer）和自由层（Free Layer）。
GMR传感器基于巨磁电阻效应，即传感器电阻在外磁场作用下的变化。当磁场为零时，磁阻材料的电阻最大；当磁场为正或负时，磁阻材料的电阻降低。
从巨磁电阻GMR自发现以来，每个应用程序都处于开发和实用阶段。首先，它成功地实现了硬盘磁头的商业化。除了直接测量磁场外，还应用于电流、位移、线速和加速度等物理测量。

巨磁阻电流传感器具有广阔的应用前景。与传统的电磁电流互感器相比，它可以测量直流到高频(MHz量级)的电流信号，特别是可以测量直流电流，对直流输电系统中的直流监测非常有利。

四、结语

除了电流变压器和罗氏线圈不能直接测量直流电流外，其他测量方法也可以测量直流电流；Trace 电阻和电感电阻测量电流的方法没有直接连接到测量电路中的分流电阻，因此对测量电路的影响相对较小；磁门是目前测量精度最高的测量技术，提供电气隔离和低能损失。