一種測量50a以上直流電流的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流電流測量，尤其是50A及以上的大電流測量領域，具體的說是一種測量50A以上直流電流的方法。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車(EV)、電網能量存儲和光伏(光電)可再生能源裝置等負載的發展，50A以上的直流電流范圍是電動汽車、電網能量存儲和光伏(光電)可再生能源裝置等負載典型值。
[0003]這些系統需要精確地預測相關能量存儲電池的電荷狀態(SOC)。對電荷狀態的估計可以根據電流和電荷(庫倫計數)測量實現，而精確的測量數據對于精確的電荷狀態估計來說是必要條件。一般來說，用于電流或電荷測量的任何系統都設計包含有內置數據采集部件，如合適的放大器、濾波器、模數轉換器(ADC)等。電流傳感器用于檢測電流。電流傳感器的輸出需要通過一個電路轉換成可用的形式即電壓。接著對信號進行濾波，以減少電磁和射頻干擾。然后進行放大和數字化。再將每個電流數據樣本乘以合適的時間間隔，通過數字化計算累加算出電荷值。
[0004]另一方面，如果以恒定不變的頻率進行數字化，那么首先累積電流樣本，然后當累積電荷值被讀出或以某種方式利用時才乘以合適的時間間隔。同時需要考慮選擇合適的最小奈奎斯特采樣率，并在模數轉換器之前使用足夠窄的抗混疊濾波器。
[0005]熟悉電源設計的開發者都知道，關于直流電流的測量，業內并不缺乏對其進行精密測量的儀器，但是對于50A以上的直流電流卻很少有儀器能夠進行精密的測量。
[0006]目前用于測量大電流的技術中，有兩種傳感器技術最為常見，一種技術是檢測承載電流的導體周圍的磁場；另一種技術是測量承載待測電流(和電荷)的電阻(稱為分流器)的壓降。用于測量大電流的器件通常稱為霍爾電流傳感器，所述霍爾效應傳感器內置有一個載流元件，當電流和外部磁場施加于該載流元件上時，該載流元件兩側會呈現一個垂直于電流方向并垂直于外部磁場方向的壓差。
[0007]所述霍爾電流傳感器使用一個磁芯將導體電流周圍的磁場集中起來，同時所述磁芯中開設一個槽，所述槽中用于容納實際的霍爾元件。相對于整個磁路長度而言，當所述槽尺寸較小時，會形成一個接近均勻且垂直于霍爾元件平面的磁場；當霍爾元件獲得電流能量時，將產生一個正比于勵磁電流和磁芯磁場的霍爾電壓，所述霍爾電壓經放大后從電流傳感器的輸出端輸出。
[0008]由于載流導體和磁芯之間沒有電氣上的連接，耦合的只是磁場，所述霍爾電流傳感器實際上與待測電路隔離。載流導體可能有很高的電壓，而霍爾電流傳感器的輸出端可以安全地連接到接地電路，或連接到相對載流導體任意電位的電路，能夠提供滿足最嚴格安全標準的間隙與爬電值也相對比較容易。
[0009]然而，所述霍爾電流傳感器也存在一些缺點，該傳感器要求恒定的勵磁電流；另夕卜，處理來自霍爾電流傳感器的信號的放大和調節電路通常要消耗顯著的能量；具有漂移大，可用工作溫度范圍小等缺陷。勵磁電流的穩定性將極大地影響待測電流幅度以及沒有電流流動時的零偏移。一般來說，后兩者都取決于供電電壓的穩定和溫度變化，影響勵磁電流和霍爾電壓本身的霍爾傳感元件電阻取決于工作溫度。
[0010]測量勵磁電流并在輸出中考慮工作溫度這一因素的傳感器變種是可能的，但同時要求精密的外部元件和較大的處理電路，而且霍爾電壓是待測磁場的非線性函數，這進一步增加了傳感器的誤差。因為在不同條件下會產生不同的誤差，大多數線性霍爾效應器件制造商會將總的誤差分解成許多單獨的分量，有時很難計算總的合成誤差。
【發明內容】
[0011]為了解決霍爾傳感元件的非線性問題等現有技術的不足之處，本發明提供了一種測量50A以上直流電流的方法。
[0012]本發明所述一種測量50A以上直流電流的方法，解決上述技術問題采用的技術方案如下:所述測量50A以上直流電流的方法，使用測量大電流的霍爾電流傳感器，所述霍爾效應傳感器內置有載流元件，所述霍爾電流傳感器使用一個磁芯將導體電流周圍的磁場集中起來，磁芯上增加一個繞組，所述繞組用于產生符號相反的磁場，且所述磁場強度與待測電流產生的磁場完全相等；通過檢測所述磁芯中磁場的有無或符號，而不是測量這種磁場的強度來測量待測導體電流，能避免由于霍爾元件中不穩定的勵磁電流引起的測量誤差。
[0013]優選的，所述磁芯中開設一個槽，所述槽中用于容納實際的霍爾元件。
[0014]優選的，所述繞組連接在一含有運放的電路中，該電路能夠維護所述繞組的電流并使霍爾電流傳感器感知到的磁場為零。
[0015]優選的，所述測量50A以上直流電流的方法采用精密分流電阻，所述分流電阻由三個不同部分組成，兩個區域是端子，用于接入電路，另一個區域或多個并聯區組成分流電阻的大部分；兩個端子區之間用電阻段或使用焊接或冶金工藝的段進行連接，具有非常均勻的接縫。
[0016]優選的，所述分流電阻在阻性材料的橫截面上，或在單個并聯阻性部分和每個內部之間平均分配電流。
[0017]優選的，所述分流電阻的阻性部分材料采用錳銅，具有對溫度依賴性低的阻抗特性。
[0018]本發明的一種測量50A以上直流電流的方法與現有技術相比具有的有益效果是:該方法中通過檢測傳感磁芯中磁場的有無或符號，克服了霍爾傳感元件的非線性問題，能避免由于霍爾元件中不穩定的勵磁電流引起的測量誤差；通過在磁芯上增加一個繞組，降低了測量功耗，減小了測量尺寸，同時能夠精確控制繞組在磁芯上的匝數，實現控制繞組中的電流比待測導體中電流小許多倍；并使用精密分流電阻，提高了測量精度；
隨著整機柜服務器功耗的不斷攀升，之前的電源輸出電流的測試方法已經無法滿足現階