Derating prúdových senzorov: Čo to je a prečo?
Obr. 1: Deratingová krivka prúdového senzora
Šírka pásma prúdového senzora určuje, ako rýchlo dokáže senzor detegovať a reagovať na zmeny meraného prúdu. Rovnako ako pri osciloskope platí, že šírka pásma prúdového senzora určuje, pri akej hodnote prúdu je výstupný signál senzora o -3 dB nižší než vstupný prúdový signál.
Derating prúdového senzora popisuje, aký vstupný prúd je senzor schopný zvládnuť pri danej frekvencii.
Obr. 2: Zero-flux prúdový senzor HIOKI CT6877A
Pozrime sa na frekvenčnú deratingovú krivku nulovo-tokového (zero-flux) prúdového senzora HIOKI CT6877A. Základné špecifikácie tohto senzora uvádzajú maximálny vstupný prúd 2000 A a šírku pásma 1 MHz. Tento prúd je špecifikovaný pre kontinuálnu prevádzku pri maximálnej teplote 85 °C (oranžová krivka). Ako vidno z modrej krivky, maximálny prúd je vyšší pri použití v prostredí s nižšou teplotou.
Obr. 3: Frekvenčný derating zero-flux prúdového senzora HIOKI CT6877A
Ak sledujeme modrú aj oranžovú krivku, maximálny vstupný prúd senzora zostáva konštantný až do frekvencie 300 Hz, od ktorej začína klesať. Pri 10 kHz klesne maximálny vstupný prúd na 600 A a pri 1 MHz je maximálny vstupný prúd len 10 A.
Aký je dôvod deratingu maximálneho vstupného prúdu?
Kedy je derating skutočne dôležitý?
Ak meriate striedavý prúd 50 Hz s niekoľkými harmonickými alebo jednosmerný prúd z batérie, derating pre vás pravdepodobne nebude zásadný.
Obr. 4: Činný výkon meniča
Situácia sa však výrazne mení napríklad pri meraní prúdov na výstupe meniča (invertora).
Uvedený obrázok zobrazuje činný výkon výstupu meniča v širokom frekvenčnom pásme. Najväčší podiel výkonu (a teda aj prúdu) sa nachádza vo frekvenčnej oblasti, kde derating zvyčajne ešte nezačal. Pre analýzu výkonu je však kľúčové presne merať aj prúdy v oblasti spínacej frekvencie meniča.
Tieto prúdy sú síce nižšie než prúdy základnej modulovanej vlny a jej harmonických, no s rozvojom moderných technológií meničov (napr. SiC a GaN) je nevyhnutné zabezpečiť, aby derating prúdových senzorov umožňoval ich presné meranie.
Spínacie frekvencie rastú – čo na to senzory?
Požiadavky na derating prúdových senzorov sa za posledných desať rokov výrazne zmenili.
Obr. 5: Zero-flux prúdová sonda HIOKI CT6844A
Prúdová sonda CT6844A má maximálny vstupný prúd 500 A. Jej predchodcom bol model CT6844-05 s rovnakým maximálnym prúdom 500 A. Maximálny vstupný prúd pri 20 kHz bol pri staršom modeli 100 A.
Obr. 6: Derating prúdovej sondy CT6844-05
To je stále veľmi dobrá hodnota – najmä vzhľadom na to, že ide o kliešťový senzor s deleným magnetickým jadrom, nie priechodný (push-through) senzor. Novší model CT6844A má však maximálny vstupný prúd pri 20 kHz približne 250 A.
Záver
Obr. 7: Derating prúdovej sondy CT6844A
Derating popisuje maximálny vstupný prúd prúdového senzora v závislosti od frekvencie v rámci jeho šírky pásma. Deratingová krivka pomáha používateľom overiť, či senzor zvládne merať aj prúdy s vyššou frekvenciou.
Prúdové senzory použité v tomto článku sú založené na technológii zero-flux. V samostatnom článku sa môžete dozvedieť, odkiaľ pochádza označenie „zero flux“.