用于隔离式大电流（100 A 至 1000 A）应用的智能电流传感器

大功率 UPS 系统、车载充电器、牵引逆变器、燃料电池、电池系统和其他应用均需要在高共模电压下进行准确的电流测量。传统上， 当电流 <50 A 时这些系统使用基于分流器的电流测量解决方案，当 > 50 A 时则采用基于霍尔元件的解决方案。

隔离式电流测量方法

Texas Instruments 的文章《Comparing shunt- and hall-based isolated current-sensing solutions in HEV/EV》（HEV/EV 中基于分流器和基于霍尔元件的隔离式电流检测解决方案比较，作者 Krunal Maniar）中探讨了使用隔离式大电流测量技术的电动汽车应用。如图 1 所示，最常用的方法是使用隔离放大器或隔离调制器的基于分流器的方法，或使用开环或闭环霍尔传感器的基于霍尔元件的方法。

图 1：隔离式电流测量方法（图片来源：Texas Instruments）

与基于霍尔元件的方法相比，基于分流器的系统通常更易于实现，因为它们具有更高的线性度，且能够提供更高的电流测量精度。表 1 比较了这两个技术在多个参数类别方面特性。

表 1：基于分流器和基于霍尔元件方法比较（来源：Texas Instruments）

功率更大的应用、能效更高的要求以及不断增长的电动汽车 (EV) 和混合电动汽车 (HEV) 全球市场，均要求提高电流测量精度，导致人们对更高电流的隔离式分流测量解决方案的关注度不断提升。

Riedon SSA 隔离式智能电流测量技术

Riedon 的 SSA 智能电流传感器集成了大功率低电阻分流器和隔离式精密放大器。可用型号具有 100 A 至 1000 A 的电流测量范围。主要特性包括 1500 V_DC/1000 V_AC RMS 增强隔离、±0.1% 的初始精度、全电流范围内 ±0.1% 的线性度、单极性电源、差分模拟输出和 300 kHz 带宽。该传感器的功能图如图 2 所示。

图 2：智能电流传感器功能图（图片来源：Riedon）

物理结构由一个电源母线和一个隔离式传感器外壳组成，传感器外壳围绕母线的中心包裹，如图 3 中 SSA-250 所示。JST JWPF 系列四针连接器为封装的传感器提供了(1) 电源、(2) 接地、(3) Vin 和 (4) –Vin 接口。相应的配接连接器是 JST 型 J04R-JWPF-VSLE-S（外壳）和 SWPR-001T-P025（触头）。

图 3：SSA-250（图片来源：Riedon）

Riedon 的 SSA 系列包括四个额定电流：100 A、250 A、500 A 和 1000 A。（注意：1000 A 版本使用具有四个安装孔的较宽母线）。

可选的安装五金件和电缆组件

为了便于安装，厂家为型号 SSA-100 至 SSA-500 提供了可选安装夹具 SSA-BASE，如图 4 所示。它由 UL 94-V0 级材料制成，并使用 5/16-18 不锈钢五金。

图 4：SSA-BASE（图片来源：Riedon）

厂家另外还提供了可选的连接器电缆组件 SSA-CABLE-1M，如图 5 所示。它与所有 SSA 型号兼容，标准电缆长度为 1 米。

图 5：SSA-CABLE-1M（图片来源：Riedon）

电缆组件使用用于 SSA-xxx 型号的 JST 配接连接器和两对采用双绞线的 22 号彩色编码导线。一根双绞线（红色/黑色）用于传感器电源和接地，另一根双绞线（黄色/白色）用于差分 (+) 和 (-) 放大器输出信号。

100 安培蓝牙无线电流传感器概念验证项目

该项目的范围旨在使用 Riedon 的 SSA-100 传感器和现成的五金件开发用于概念验证的 100 A 蓝牙无线电流传感器。对于主控制器和蓝牙连接，我使用了 Adafruit 的 nRF52840 Feather Express 板。我选择此板是因为它内置了蓝牙并支持 CircuitPython 编程功能。我之所以在我的基于微控制器的项目中使用了 CircuitPython，是因为它功能强大、易于使用，可在多个平台上使用，并且具有 Adafruit 的广泛库/示例支持。由于 SSA-100 传感器的电流信号按照 12 mV/A 比例由差分模拟电压表示，因此我添加了 Adafruit 的 ADS1115 ADC 分线板。该 ADC 提供 4 通道、16 位精度、可编程增益、I²C 接口和差分输入功能。图 6 显示了五金件与 Riedon 电流传感器之间的接线示意图。

图 6：蓝牙电流传感器 Scheme-it 原理图（图像来源：Digi-Key）

完整的 BOM（物料清单）包含在下面的·Digi-Key Scheme-it® 项目中。

nRF52840 Feather Express 上的 CircuitPython 代码建立了蓝牙连接，并将当前读数从 SSA-100 传感器发送到 Android 手机。项目详细信息、示例 CircuitPython 代码和参考链接参见 eeWiki 项目蓝牙无线 100 安培电流传感器。

测试安装和结果

为了进行测试，我将电流传感器与 12 V 电池串联安装在 Honda ATV 中，如图 7 所示。接合 ATV 的电动绞盘，为电流传感器提供测量电流负载。

图 7：Honda ATV 测试安装（图片来源：Digi-Key Electronics）

Adafruit 的 BlueFruit LE Connect 移动应用已安装到 Google Pixel 手机上，可显示 nRF52840 Feather Express 发送的当前测量结果。当打开 ATV 绞盘时，应用中的“Plotter”模式用于显示 SSA-100 的当前读数。图 8 显示了绞车在反向和牵引模式下从 ATV 读取的当前读数。

图 8：BlueFruit LE Connect Plotter 图形（图片来源：Digi-Key Electronics）

总结

Riedon 的 SSA 电流传感器准确、通用且易于使用。在交流和直流应用中，高压侧或低压侧都可以使用。由于它们是高度线性的，因此这些传感器可以轻松嵌入大功率电路中，以增加精确的隔离式电流测量能力。