电流传感器的中心议题：
电流传感器的解决方案：
摘要:本文主要介绍基于ASIC技术的闭环电流传感器结构原理与特征并对应用优势及举例作分析说明。
1、流行的电流隔离测量的最佳解决方案
由于其创新的设计理念,基于ASIC技术的闭环电流传感器，已经成为业界流行的电流隔离测量的最佳解决方案,并被广泛的应用于驱动器、高频大电流测量、UPS及电力电子行业上,使其成为是与电力电子行业发展与用户的需求同步的产品。值此以LEM公司的新型LTSR产品系列为例对其基于ASIC技术的闭环电流传感器特征与应用作分析介绍。
LTSR产品系列它允许额定测量电流值为6A的LTSR-6-NP，额定电流值为15A的LTSR-15-NP，额定电流值为25A的LTSR-25-NP.其LTSR中的“R”代表参考端。
LTS25-NP系列产品的目标是找到电力电子的领域中隔离测量的良好方法。由于数字器件、处理器在电力电子领域中的广泛应用，而这些器件都是单端5V供电的，LTSR也是单端5V供电。所以有了LTSR传感器使我们可以更加贴近电力电子领域。
LTSR可以为周围的元件提供参考电压，也可以接受外电压作为参考电压，如：DSP，ADC以及许多非常普遍的电子元件。
2、基本结构
LTS-25-NP是一种体积非常小的电流传感器，为PCB安装而设计。从新技术到新工艺角度上来说，这种产品的研发和生产都是一种挑战。
LTSR系列闭环电流传感器是以闭环原理传感器的基本结构与原理(见图1所示)发展起来的,所以分析LTSR是闭环原理的传感器只需以图1为基本结构与原理作说明就可以了。
LTSR是闭环原理的传感器，它基于原、副边磁场补偿原理。这就是说，由于被测量电流产生的磁通，被传感器中的HALL(霍尔)元件感应到，HALL元件产生一个感应电流，供给副边线圈，然后在磁芯中产生相反的磁通来补偿原边产生磁通。原边电流的数值比例缩小等于线圈中的电流实际值.其闭环原理传感器的基本结构与原理,见图1所示。
产品的设计思想,是依据下述标准,即体积小，5V单端供电传感器。产品体积小，相应的磁材也比较小，这就导致传感器原边和副边之间的距离比较短。这种结构有利于传感器拥有抗高dv/dt的能力。这种抑制高频特性dv/dt(见图2所示曲线2-紫线)非常适合电机控制应用。因为在电机控制中，在电机三相负载中由于桥臂的不停的导通关断会产生高dv/dt(见图2所示所示曲线1-黄线)。
原边和副边之间有高度绝缘能力的电气元件都可以耦合并隔离电势。在高频率开关的应用环境，会有频率非常高且斜率非常大的尖峰出现(如：原边电压的高速变化)，这就导致了不必要的电磁干扰(EMI)。这种情况，在副边输出元件上，会产生一个干扰信号。如，一个10kV/μs的电压变化通过一个10pF的耦合电容产生的寄生电流为100mA。对于LTSR系列，这就是额定输出电流的8倍。
注意图中产生峰值为IPN l5.3%干扰(紫线2)，这主要由于测试装置的布线造成的。注意图中小于800ns的扰动延迟，这是可以被滤掉的(重复建立时间为1.6μs)，这对于数字控制电路进行PWM调制是非常有利的。在这种情况下，一个小型的滤波器就可以达到目的，而且不会削减动态特性。
由此可知,LTS25-NP是应用ASIC(专用集成电路)技术的第一种电流传感器。其独一无二的特征就是把磁场感应元件整合在一层，这样就可以部分的补偿HALL晶格由于温度漂移产生的变化。其基于ASIC技术的闭环电流传感器LTSR系列(现以LTSR25-NP为例)工作原理图如图3(a)所示与外形为图3(b)所示。
3.1具有更好的温度漂移特性
新一代ASIC技术基于硅晶技术，这是与第一代ASIC技术的产品LTS不同的。这种技术拥有比第一代更小的温度漂移特性。这对于内置在传感器中的控制环来说是非常重要的因素：漂移越小，控制环的稳定性就越好。
LTS25-NP的温度范围是-40℃到+85℃，在这个范围内，我们能接受的最大的偏置漂移是100ppm/℃。在同样的温度范围，LTSR的结构可以使偏置漂移降低为37.5ppm/℃。
新的ASIC技术同样可以改善驱动线圈电流能力，避免输出电压跌落到短路检测区域。如：原边电流是10倍的额定电流，如果参考电压是2.5V的话，那么输出电压不会下降2V而低于0.5V，从而不会触发短路检测。
3.2、LTSR的参考电压管脚(REF)的两个基本的工作模式
LTSR是闭环传感器，但是它有附加的参考电压管脚(REF)。此管脚为ASIC的参考电压通道，一般设置为2.5V(见图3(a)所示)。参考管脚有两个基本的工作模式。
第一种模式是参考输出模式(可参阅图6所示)，在这种模式下，原边电流为0A，输出电压与参考管脚电压一致(在输出和参考点之间有最大±25mV的偏差)。原边电流改变也不会导致参考电压改变。
第二种模式是参考输入模式(可参阅图7所示)，在这种模式下，可以对此参考管脚提供一个外部电压作为参考并驱动内部参考。这个电压允许值在1.9V到2.7V之间。源极可以吸收或提供源电流(source)最小1mA。这对于确保外部参考电压驱动内部参考电压是非常必要的。
当温度为25℃，参考电流Iref等于0的时候，内部的参考电压等于0。参考电压与以下条件有关：
*参考输出模式，参考电流Iref，是由连接的负载决定的。为了保证参考点在2.5V±25mV，我们应用最小的负载220kΩ保证Iref，最小。在参考输出模式，源电流应高于-125pA。低于此值将发生电压跌落。
*由外部参考(参考输入模式)提供电流的情况。在参考输入模式，外部参考源可以吸收或者提供与电压相匹配的电流，Vref=f(Iref)。(当外部参考大于内部参考电压Vref=2.5V±25mV或者外部参考电压小于内部参考电压Vref)。
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用外部参考模式，传感器与其他装置(如：ADC)的互联是非常简单的(可参阅图7所示)。基于ASIC结构，这种特点会对测量范围产生一些影响。如：如果参考点为1.9V，反向电流的测量范围将会比提供的少0.6V，正向电流也是这种情况。
3.3、宽广的频带范围
优秀的耦合特性同样放映到带宽特性上,见图4曲线。LTSR的频带变化大概为0.3dB。由于器件和Hall件的影响，输入电流频率在100kHz的时候，响应频带变化会达到峰值，直到现在，从100kHz到200kHz，LEM闭环电流传感器的频带变化为3dB。
3.4、精确的快速响应特性
快速功率开关装置：IGBT需要非常快速的过流检测作为IGBT的保护。对于30A/μs速度的变化电流，实际上副边输出不会对原边电流变化有任何延迟。由于原边电路和补偿线圈之间优秀的耦合特性，LTSR才会有如此良好的表现。
3.5、优秀的精度及温度稳定性
25℃时LTSR系列电流传感器总体精度高于±0.2%。总体精度这个数值包括传感器所有的公差指标，如：线性误差，线圈误差以及长期稳定性。
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大多数输出为电流值的闭环电流传感器相比，LTSR系列电流传感器是测量电阻内置的电流传感器,选择内置电阻的精度为±0.5％以及温度漂移为最大50ppm/K。
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