智能電網(wǎng)的有效運行依賴于在高分辨率下測量當(dāng)前水平和其他參數(shù)的能力。智能電網(wǎng)應(yīng)用程序的另一個關(guān)鍵特點是增加了小規(guī)?？稍偕茉吹氖褂?。這些系統(tǒng)要求使用逆變器將從太陽能或風(fēng)能中獲取的電能轉(zhuǎn)換成與網(wǎng)格分布兼容的交流信號。控制回路中需要電流傳感器，以確保滿足這些條件。本文研究了當(dāng)前傳感的全效技術(shù)，以及如何將其應(yīng)用于智能電網(wǎng)。
　　智能電網(wǎng)依靠精確的實時數(shù)據(jù)來確?？刂齐娏斔偷脑O(shè)備和電網(wǎng)的接口保持在最高效率。在網(wǎng)格上傳感器捕獲的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)潛在的故障點，并提醒操作員解決問題或激活能夠執(zhí)行補救行動的功能。這就導(dǎo)致了電力分配單元(pdu)的安裝，它能準確地測量所交付的功率及其特性。
　　智能電網(wǎng)應(yīng)用程序的一個關(guān)鍵附加功能是增加對小型可再生能源的使用。這些系統(tǒng)要求使用逆變器將從太陽能或風(fēng)能中獲取的電能轉(zhuǎn)換成與網(wǎng)格分布兼容的交流信號。AC必須與電網(wǎng)同步，并具有低的諧波失真，但這是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　在光電的情況下，需要一個逆變器來將每個電池產(chǎn)生的直流轉(zhuǎn)換成一個合適的交流電源輸出。為了確保與電網(wǎng)的正確連接，逆變器的控制回路需要電流傳感器。傳感器必須準確測量交流電流和直流電流，并具有良好的動態(tài)性能?？焖夙憫?yīng)時間需要對網(wǎng)格中的任何變化做出快速反應(yīng)，并在損壞發(fā)生之前關(guān)閉或斷開系統(tǒng)。高輸出帶寬使系統(tǒng)能夠測量高頻交流電流和諧波，以確保所傳遞的電力滿足電力供應(yīng)商施加的嚴格的電能質(zhì)量目標。
　　識別DC輸出到網(wǎng)格的能力也很重要。各國的規(guī)定各不相同，但限制通常很小:按數(shù)十到數(shù)百毫安的順序。電流傳感也可以支持故障檢測，檢查短路和過載情況。
　　雖然存在許多電流感知選項，但基于霍爾效應(yīng)的傳感器提供了一組非常適合于這些應(yīng)用的特性，包括電壓暫態(tài)生存、當(dāng)前的inrush處理、空間限制和模塊性。該技術(shù)可以支持非接觸式傳感，確保對大電壓瞬態(tài)和涌流的內(nèi)在隔離和保護。
　　以埃德溫·霍爾(Edwin Hall)的名字命名，他于1879年發(fā)現(xiàn)了這一效應(yīng)，它是通過一個垂直于附近導(dǎo)體中電流的磁場，產(chǎn)生一個導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電壓差。所產(chǎn)生的電壓取決于接收導(dǎo)體和外加磁場中所使用的材料，這本身取決于源導(dǎo)體的總電流。
　　電壓差是由電荷載體由磁場的直線路徑偏轉(zhuǎn)而引起的。電子沿接收導(dǎo)體的一個表面形成一個可測量的電壓差。由此產(chǎn)生的電場反對進一步變化的遷移，這樣只要電荷載體繼續(xù)流過材料，就可以保持穩(wěn)定的電勢。
　　在電流傳感應(yīng)用中，霍爾效應(yīng)傳感器的一個缺點是它們的精度限制在零安培輸出電壓和溫度靈敏度的變化上。其他問題包括輸出信號帶寬和輸出噪聲。新一代的Hall-effect設(shè)備已經(jīng)解決了這些問題，提供了更適合于反監(jiān)控應(yīng)用程序和一般的電力監(jiān)控的組件。
　　快板微系統(tǒng)采用了一種雙mos工藝來支持精確的放大器設(shè)計和數(shù)字電路的工廠編程的增益和抵消的溫度?；魻栐头糯笃鞫际菙夭ǚ€(wěn)定的，以提高精度和偏移漂移性能。
　　當(dāng)前傳感器ICs的Allegro ACS756系列采用了這些技術(shù)，結(jié)合精密、低偏移的線性霍爾傳感器電路和靠近芯片的銅傳導(dǎo)路徑，提供了較高的精度。應(yīng)用電流流過該銅傳導(dǎo)通路，產(chǎn)生一個磁場，由集成的霍爾IC感應(yīng)，并轉(zhuǎn)換成比例電壓。的響應(yīng)時間小于4μs允許在高頻電流傳感開關(guān)逆變器。在低頻率工作的應(yīng)用程序中，如電網(wǎng)監(jiān)測所需要的，可以通過過濾輸出來降低輸出噪聲，提高分辨率。
　　的內(nèi)部阻力130μΩ典型的導(dǎo)電路徑,提供低功率損失。銅導(dǎo)體的厚度允許設(shè)備在超過電流的情況下存活5倍。導(dǎo)電通路的端子與傳感器導(dǎo)線絕緣。這使得ACS756系列傳感器芯片可以用于需要電氣隔離的應(yīng)用程序，而不需要使用光隔離器或其他昂貴的隔離技術(shù)。
　　Asahi Kasei的CQ-3301是一種高速電流傳感器，它圍繞著一種超薄薄膜銦量子阱技術(shù)和無芯包提供一個節(jié)省空間的VSOP24選項。旨在讓電流通過包在逆變器監(jiān)控等應(yīng)用程序,設(shè)備的隔離電壓3.0 kV / 60秒假設(shè)50/60 Hz交流主指揮,和0.5μs的響應(yīng)時間。低噪聲輸出1.6 mVRMS, CQ-3301為靈敏度和零電流輸出提供低溫漂移。它符合IEC/UL-60950和UL-508安全標準。
　　對于非常高電流的應(yīng)用，Allegro提供A136x系列傳感器。每一個都封裝在一個1毫米厚的SIP中，以適應(yīng)在一個導(dǎo)體周圍的c芯的缺口。這些設(shè)備，比如A1363，可以感應(yīng)到超過1500的電流。他們提供120 kHz帶寬，適用于高頻逆變器，再一次通過輸出濾波為較低帶寬提供更好的精度，如預(yù)期的網(wǎng)格監(jiān)測設(shè)計。


　　來自快板的sip包裝的A136x的圖像。

　　圖1:來自快板的sip包裝的A136x可以安裝在C-core中，用于測量高壓導(dǎo)體的電流。

　　Melexis開發(fā)的三軸電流傳感技術(shù)，在MLX91205等產(chǎn)品中使用，使得該公司可以開發(fā)一系列的表面安裝包，這些包可以在PCB或匯流條中嵌入導(dǎo)體，而不是通過包裹。由于傳統(tǒng)的ht -效應(yīng)傳感器對垂直于芯片表面的磁場敏感，而不是平行于PCB跡或匯流條上的設(shè)備進行精確測量，因此該領(lǐng)域需要在局部垂直。這就是Melexis集成磁集中器(IMC)技術(shù)的設(shè)計目的。
　　IMC采用高滲透性、低壓力、無定形鐵磁層，直接連接到霍爾傳感器芯片的表面，將磁場通量線聚焦在約十分之一鐵磁元件大小的霍爾上。IMC的兩個部分收集和放大平行于芯片表面的小磁通，并將平面組件旋轉(zhuǎn)到垂直于芯片表面的磁場中。
　　Melexis IMC技術(shù)的圖像。

　　圖2:Melexis IMC技術(shù)集中了電場線，當(dāng)傳感器安裝在匯流條或PCB軌跡上時，可以感應(yīng)垂直磁場。
　　傳感器的電流范圍受到導(dǎo)體和屏蔽體幾何形狀的限制。通過增加母線的橫截面或傳感器和電流導(dǎo)體之間的距離，可以很容易地增加電流范圍。該傳感器可以監(jiān)測從5a到100a在pcb上的電流，或高達1000 A的母線。有兩種不同的產(chǎn)品版本可供選擇。91205 hb磁場特性的線性范圍的±25噸和91205磅處理±10噸的線性范圍。
　　因此，Hall-effect設(shè)備提供了非接觸傳感的可能性，為智能電網(wǎng)應(yīng)用的當(dāng)前監(jiān)測提供了通用的解決方案，無論是在可再生能源領(lǐng)域的逆變器，還是配電單元的診斷。