Derating proudových senzorů: Co to je a proč je důležitý?
Obr. 1: Deratingová křivka proudového senzoru
Šířka pásma proudového senzoru určuje, jak rychle dokáže senzor detekovat a reagovat na změny měřeného proudu. Stejně jako u osciloskopu platí, že šířka pásma proudového senzoru také určuje, při jaké hodnotě proudu je výstupní signál senzoru o -3 dB nižší než vstupní proudový signál.
Derating proudového senzoru popisuje, jaký vstupní proud je senzor schopen zvládnout při dané frekvenci.
Obr. 2: Zero-flux proudový senzor HIOKI CT6877A
Podívejme se na frekvenční deratingovou křivku nulově tokového (zero-flux) proudového senzoru HIOKI CT6877A. Základní specifikace tohoto senzoru uvádějí maximální vstupní proud 2000 A a šířku pásma 1 MHz. Tento proud je specifikován pro kontinuální provoz při maximální teplotě 85 °C (oranžová křivka). Jak je patrné z modré křivky, maximální proud je vyšší při použití v prostředí s nižší teplotou.
Obr. 3: Frekvenční derating zero-flux proudového senzoru HIOKI CT6877A
Pokud sledujeme jak modrou, tak oranžovou křivku, maximální vstupní proud senzoru zůstává konstantní až do frekvence 300 Hz, od které začíná klesat. Při 10 kHz klesne maximální vstupní proud na 600 A a při 1 MHz je maximální vstupní proud pouze 10 A.
Jaký je důvod deratingu maximálního vstupního proudu?
Kdy je derating skutečně důležitý?
Pokud měříte střídavý proud 50 Hz s několika harmonickými nebo stejnosměrný proud z baterie, derating pro vás pravděpodobně nebude zásadní. Situace se ale výrazně mění například při měření proudu na výstupu střídače (invertoru).
Obr. 4: Činný výkon měniče
Výše uvedený obrázek ukazuje činný výkon výstupu střídače v širokém frekvenčním pásmu. Největší podíl výkonu (a tedy i proudu) se nachází ve frekvenční oblasti, kde derating obvykle ještě nezačíná. Pro analýzu výkonu je však naprosto klíčové přesně měřit i proudy v oblasti spínací frekvence střídače.
Tyto proudy jsou sice menší než proudy základní modulované vlny a jejích harmonických, ale s nástupem moderních technologií střídačů (např. SiC a GaN) je zásadní zajistit, aby derating proudových senzorů umožňoval jejich přesné měření.
Spínací frekvence rostou – co na to senzory?
Požadavky na derating proudových senzorů se za posledních deset let výrazně změnily.
Obr. 5: Zero-flux proudová sonda HIOKI CT6844A
Proudová sonda CT6844A má maximální vstupní proud 500 A. Jejím předchůdcem byl model CT6844-05 se stejným maximálním proudem 500 A. Maximální vstupní proud při 20 kHz byl u staršího modelu 100 A.
Obr. 6: Derating proudové sondy CT6844-05
To je stále velmi dobrá hodnota – zvlášť s ohledem na to, že jde o klešťový senzor s děleným magnetickým jádrem, nikoli průchozí (push-through) senzor. Novější model CT6844A má však maximální vstupní proud při 20 kHz přibližně 250 A.
Závěr
Obr. 7: Derating proudové sondy CT6844A
Derating popisuje maximální vstupní proud proudového senzoru v závislosti na frekvenci v rámci jeho šířky pásma. Deratingová křivka pomáhá uživatelům ověřit, zda senzor zvládne měřit i proudy s vyšší frekvencí.
Proudové senzory použité v tomto článku jsou založené na technologii zero-flux. V samostatném článku se můžete dozvědět, odkud označení „zero flux“ pochází.