智能電網(wǎng)的有效運(yùn)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(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)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?？刂苹芈分行枰娏鱾鞲衅?，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(shí)時(shí)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(diǎn)，并提醒操作員解決問題或激活能夠執(zhí)行補(bǔ)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(zhǔn)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(gè)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(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　在光電的情況下，需要一個(gè)逆變器來將每個(gè)電池產(chǎn)生的直流轉(zhuǎn)換成一個(gè)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(zhǔn)確測量交流電流和直流電流，并具有良好的動態(tài)性能。快速響應(yīng)時(shí)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(yán)格的電能質(zhì)量目標(biāo)。
　　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(xiàng)，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(hù)。
　　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(gè)垂直于附近導(dǎo)體中電流的磁場，產(chǎn)生一個(gè)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(gè)表面形成一個(gè)可測量的電壓差。由此產(chǎn)生的電場反對進(jìn)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(gè)缺點(diǎn)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(jì)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(gè)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(shí)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(gè)節(jié)省空間的VSOP24選項(xiàng)。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(shí)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(biāo)準(zhǔn)。
　　對于非常高電流的應(yīng)用，Allegro提供A136x系列傳感器。每一個(gè)都封裝在一個(gè)1毫米厚的SIP中，以適應(yīng)在一個(gè)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(jì)。


　　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(jìn)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(jì)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(gè)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(shí)，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(dá)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。