在電子測量領(lǐng)域，準(zhǔn)確測量大電流一直是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其是在需要考慮溫度影響的情況下。傳統(tǒng)的大電流測量方法，如使用笨重的分流器或昂貴的磁性測量方法，存在諸多局限性。而本文將介紹一種利用銅進(jìn)行高電流測量溫度補(bǔ)償?shù)膭?chuàng)新方法，為解決這一問題提供了新的思路。

傳統(tǒng)測量方法的局限性

可以使用沿電纜的電壓降來測量在一段電纜中流動的大電流，這種方法無需笨重的分流器或昂貴的磁性測量方法，具有一定的優(yōu)勢。然而，由于銅的溫度系數(shù)為 +0.39%/°C，這使得測量精度受到了限制。雖然溫度傳感器可以促進(jìn)補(bǔ)償，但它屬于點(diǎn)測量設(shè)備，其在整個電纜長度上的相關(guān)性值得懷疑?？紤]到電纜溫度僅 2.5° 的誤差或差異就會引入 1% 的誤差。

利用現(xiàn)代零漂移放大器進(jìn)行測量

如果電流下降至少 10mV，我們可以使用現(xiàn)代零漂移放大器（如自動調(diào)零、斬波器等）輕松測量它。這些放大器提供超低失調(diào)性能，能夠準(zhǔn)確感測低滿量程壓降。但此時(shí)還需要解決如何處理溫度系數(shù)的問題。

創(chuàng)新的溫度補(bǔ)償解決方案

本設(shè)計(jì)理念中提出的解決方案利用了大電流電纜由許多細(xì)絞線組成的事實(shí)。此處的示例將基于具有 1,050 股 AWG 34 電線的 AWG 4 電纜。
在圖 1 所示的電路中，運(yùn)算放大器同相輸入感測電纜負(fù)載端的電纜壓降。MOSFET 位于輸出 / 反饋路徑中，該路徑繼續(xù)通過溫度傳感線（通常是用于設(shè)置增益的電阻器），終到達(dá)電源。該電路迫使增益設(shè)置元件上的壓降恰好等于主電纜壓降。在這種情況下，增益設(shè)置元件是嵌入定制絕緣電纜組件（包括高電流電纜）中的單根 34 號絕緣線（涂漆，例如漆包線）。

例如，#4 的 0.474 ft. = 117.6 μO；10 mV 降 @ I in = 85A；I 輸出 = 80mA。由于電纜由 1,050 根絞線組成，這種布置將導(dǎo)致 MOSFET 和增益元件中流過電流，該電流與總電流除以 1,050 成正比。由于增益元件和電纜均由銅制成，并且熱接觸緊密，因此可以消除隨溫度變化的輸出變化。反饋電流從 MOSFET 漏極通過 R Load 流至地，提供以地為參考的輸出電壓。

使用絞線解決了其他溫度傳感器的兩個主要問題：

1. 該電線是一個 “分布式” 傳感器，沿著電纜的長度延伸，可以更好地感知整體溫度影響。
2. 由于電線與主電纜一樣是銅質(zhì)的，因此溫度補(bǔ)償是完美的。

實(shí)際測試情況

我們的設(shè)置使用了四英尺的 JSC 1666 AWG 4 電纜。絕緣體沿其長度被切開，并將 34 號漆包線插入絕緣體下方。電路中使用了 NCS333 運(yùn)算放大器。由于運(yùn)算放大器的共模電壓等于其電源軌，因此它必須具有軌到軌輸入能力（或使用更高的電源）。此外，它應(yīng)該是一個零漂移（斬波）放大器，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)軌到軌運(yùn)算放大器在正軌附近的性能通常較差。

測量值如下：
R 負(fù)載 = 50Ω 1%
無負(fù)載時(shí)，V 輸出讀數(shù)為 94 μV。
在 10A 負(fù)載下，V out = 454.6 mV（5.85% 誤差）。
在 58A 負(fù)載下，V out = 2.604 V（5.7% 誤差）。
然后將該裝置放入溫度室中并在室溫至 100°C 的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試。結(jié)果顯示附加誤差小于 0.1%。有幾個因素可能會導(dǎo)致該誤差，例如運(yùn)算放大器失調(diào)漂移，以及電纜端子中的電阻和熱電偶效應(yīng)。

線容差對錯誤的影響

為了了解實(shí)用電纜可以實(shí)現(xiàn)的效果，我們找到了以下電線數(shù)據(jù)，顯示 34 號電線的公差為 2%。人們預(yù)計(jì) 4 號規(guī)格的總體公差類似。這表明，僅由于電纜的原因，按照標(biāo)準(zhǔn)公差構(gòu)建的商業(yè)電線將產(chǎn)生 4% 的精度限制。電子設(shè)備會增加一些，但當(dāng)然可以由用戶修剪，或與提供的電纜匹配。