為了測量高水平的直流電流以進(jìn)行過載檢測和保護(hù)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用分流電阻器或環(huán)形磁芯和霍爾效應(yīng)磁場傳感器。這兩種方法都有缺點(diǎn)。例如，使用 10mΩ 電阻測量 20A 會(huì)消耗 4W 的功率作為廢熱。霍爾效應(yīng)傳感器可提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果并且浪費(fèi)很少的功率，但對于簡單的電流監(jiān)控而言，這是一種昂貴的方法。

該設(shè)計(jì)理念描述了一種廉價(jià)、低功耗的電流測量電路，可用于中等精度的測量。另外，DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸入線路中的濾波電感器還可以兼作測量電路的電流傳感器。代表性鐵氧體磁芯的磁導(dǎo)率隨著磁芯接近飽和而降低（圖 1 ）。曲線的形狀和值取決于磁芯材料的特性以及磁芯是否包含氣隙。

圖 1 這條代表性磁化 (BH) 曲線顯示，隨著流經(jīng)電感器繞組的電流增加，磁化場強(qiáng)度 H 也會(huì)增加。當(dāng)磁通密度 B 不再增加時(shí)，磁芯的磁性材料已達(dá)到飽和。

 

磁芯的磁導(dǎo)率取決于鐵氧體材料中的磁通量水平，而磁通量水平又取決于流過磁芯繞組的電流量。該電路使用簡單的 LC 振蕩器來測量磁芯的磁導(dǎo)率。包括纏繞在磁芯上的一匝或多匝的初級(jí)繞組承載測量電流。磁芯上的多匝次級(jí)繞組形成電感器 L，它決定振蕩器的諧振頻率。

理論上，任何 LC 振蕩器電路都適用于該應(yīng)用，但實(shí)際上，電流測量繞組呈現(xiàn)低阻抗，這會(huì)抑制 LC 儲(chǔ)能電路，并導(dǎo)致某些振蕩器電路出現(xiàn)啟動(dòng)和穩(wěn)定性問題。在各種經(jīng)過測試的振蕩器電路中，圖 2 中的設(shè)計(jì) 提供了性能。許多因素會(huì)影響磁芯的磁導(dǎo)率，進(jìn)而影響電路的頻率穩(wěn)定性并限制其在電流過載檢測和低精度電流測量中的應(yīng)用。

圖 2 改變流過單匝初級(jí)繞組的直流電流會(huì)改變 T 1次級(jí)繞組的電感，從而改變振蕩器的輸出頻率。

圖 3 顯示了三個(gè)供應(yīng)商具有相同尺寸和次級(jí)匝數(shù)的鐵氧體磁芯的電路輸出頻率與電流特性。為了獲得線性度，請使用低磁滯磁芯材料。 幾乎任何尺寸和材料的磁芯都可以在電路中工作，但需要優(yōu)化振蕩器諧振回路和初級(jí)繞組的匝數(shù)。當(dāng)施加到磁芯的電流在達(dá)到過載值之前導(dǎo)致飽和時(shí)，請?jiān)黾哟判镜臍庀叮ㄈ绻嬖冢?。為了提高性能和線性測量，請?jiān)陂]環(huán)配置中使用電路（參考文獻(xiàn) 1）。

圖 3 三個(gè)制造商的環(huán)形磁芯的電流與輸出頻率圖顯示了磁芯特性對頻率線性度和相對靈敏度的影響。