2 MW Spitzenleistungsmessung mit dem patentierten DC-CT Hochleistungs-Stromwandler

Das SIRIUSi XHS-PWR ist zudem das erste Produkt, das einen bis 1000 A kalibrierten Strommessbereich mit Spitzenstrommessung bis 2000 A und einem Spannungsbereich bis 2000 V mit hochmoderner, galvanisch getrennter Strommesstechnologie bei einem Kerndurchmesser von nur 5 cm bietet. In der vorliegenden technischen Mitteilung geben wir weitere Informationen über die neue DC-CT-Technologie, die im SIRIUSi XHS-PWR und zukünftigen Dewesoft-Produkten zum Einsatz kommt. Sie zeichnet sich aus durch: 

• eine Bandbreite von über 500 kHz,

• eine Frequenzgang-Linearität < 0,2 dB bis 200 kHz,

• eine Genauigkeit von 0,01 %,

• geringes Rauschen,

• eine geringere Leistungsaufnahme als vergleichbare Technologien auf dem Markt.

Einleitung

Die Fahrzeugelektrifizierung und autonom fahrende Fahrzeuge sind die wichtigsten Megatrends und Innovationstreiber für die Kraftfahrzeuge von heute und morgen. Dies impliziert die Umsetzung einer intelligenten Verwaltung und Verteilung der elektrischen Energie im Fahrzeug. Viele OEM- und Tier-1-Lieferanten arbeiten intensiv an der Entwicklung serienreifer Batterien mit hoher Energiedichte, wie z. B. Festkörperbatterien. 

Eine präzise Messung und Vorhersage des Energieverbrauchs im Fahrzeug ist sowohl bei der Planung als auch während des Fahrzeugbetriebs erforderlich. Die Entwicklung effizienter und EMV-konformer elektrischer Komponenten wie E-Motoren, Wechselrichter, Ladegeräte, Energiemanagementsysteme und Halbleiter ist in vollem Gange,  und die Grenzen sind noch längst nicht erreicht. 

Außerhalb des Fahrzeugs sind ein intelligentes Vehicle-to-Grid-Energiemanagement und kabelgebundene oder induktive Ladelösungen mit schnellem und hohem Energiefluss noch keine Selbstverständlichkeit für den Endverbraucher, die Technologien zur Unterstützung dieser Megatrends sind jedoch bereits über die reine Entwurfsphase hinaus.  Die jüngste Entwicklung bei Elektrofahrzeugen hat gezeigt, dass Stromsensoren in der Genauigkeitsklasse von 0,1 % bis 0,01 % für genaue Leistungsmessungen mit kurzzeitigen Spitzenströmen bis 2000 A benötigt werden. 

Um diesem Bedarf gerecht zu werden und die Entwicklung der Fahrzeuge zu unterstützen, hat Dewesoft das SIRIUSi XHS-PWR für Hochstrom- und Hochspannungsmessungen entwickelt.

Im Laufe der Zeit sind verschiedene Methoden zur Messung elektrischer Ströme entwickelt worden. 

Shunt

Der Shunt scheint eine einfache Lösung zu sein, weist jedoch eine hohe Verlustleistung auf und ist nicht isoliert, und seine Bandbreite  ist aufgrund der relativ hohen Selbstinduktivität begrenzt. 

Galvanisch getrennte Verfahren - Open- und Closed-Loop-Verfahren mit Magnetkern(en)

Die galvanisch getrennten Verfahren umfassen (differentielle) kernlose Open-Loop-Verfahren sowie Open-Loop- und Closed-Loop-Verfahren mit einem oder mehreren Magnetkernen. Open-Loop-Verfahren erreichen Genauigkeiten im niedrigen Prozentbereich, sind relativ anfällig für externe Magnetfelder und haben eine begrenzte Bandbreite. Closed-Loop-Verfahren nutzen einen nach der Nullfluss-Methode arbeitenden Magnetkern und einen Flusssensor. 

Hall und Fluxgate-Sensoren

Am bekanntesten sind Hall-, Magnetowiderstands- und Fluxgate-Sensoren. Sie alle verwenden in einfacher Ausführung einen einzigen Kern, während neuere Fluxgate-Sensoren auch in anspruchsvollerer Ausführung als Doppel- oder Dreifachkern-Variante verfügbar sind. Closed-Loop-Verfahren reduzieren die nicht linearen Effekte der magnetischen Materialien und die Temperaturabhängigkeit auf ein Minimum, und das Mehrfachkern-Fluxgate-Verfahren hebt zudem die magnetische Hysterese des Kerns auf, die wesentlich zum DC-Offset beiträgt. 

Diese Lösungen stellen in der Regel einen direkten Wechselstrompfad bereit, indem sie eine hohe Bandbreite bieten, die normalerweise durch das verwendete magnetische Material begrenzt ist. Bei Lösungen mit einem einzigen Magnetkern ist die Gesamtgenauigkeit allerdings typischerweise auf 0,5 % begrenzt, und durch den Luftspalt im Kern reduzieren sich die Empfindlichkeit, die Offset-Genauigkeit und die Immunität gegenüber externen Magnetfeldern. 

Bei Mehrfachkern-Fluxgate-Lösungen hingegen weisen die Kerne keinen Spalt auf. Dadurch sind sie zwar die genauesten derzeit bekannten Sensoren, aber ihre Konstruktion ist aufwändiger, sie sind insgesamt größer, schwerer und teurer, und sie haben einen höheren Standby-Stromverbrauch.

Die Motivation für die Entwicklung einer neuen Stromsensortechnologie bestand darin, die besten Eigenschaften des spaltlosen Magnetkerns und die von Einzelkern-Wandlern mit geschlossenem Regelkreis bekannten Einzelkernkonstruktion zu kombinieren, um die Größe, das Gewicht, die Kosten und die Standby-Leistungsaufnahme zu reduzieren und so den aktuellen und zukünftigen Marktanforderungen gerecht zu werden.

In diesem Sinne bemühte sich die Forschung um die Entwicklung eines neuen DC/AC-Flusssensors, der in einen Magnetkern mit hochpermeablem Magnetkern integriert ist. Der neue Sensor, der in den folgenden Abschnitten neben den Leistungen des SIRIUSi XHS-PWR beschrieben wird, wird nach seinem Erfinder als Platiše-Fluxsensor (PFS) bezeichnet. Er bedient die in verschiedenen Märkten vorhandene Nachfrage nach kompakten Hochstromwandlern mit einer Genauigkeit zwischen 1 % und 0,01 % für zahlreiche Industrie-, Prüf- und Messanwendungen.

Überblick

Das SIRIUSi XHS-PWR ist ein integriertes Gerät, das eine High-End-Datenerfassung und einen HybridADC mit einer maximalen Abtastrate von 15 MS/s bei 16 Bit und 1 MS/s bei 24 Bit bietet.

Die Produktreihe umfasst zwei Produkttypen (separate HV+ und HV- Variante oder HV Variante). Der Messbereich für differentielle Hochspannungen reicht bis 2000 V, mit einer linearen Bandbreite von 5 MHz bei -3 dB. Die Strommessbereiche umfassen Konfigurationen von 250 A bis 1000 A mit einer Spitzenstrommessleistung bis 2000 A. 

Der abgeschirmte DC-CT-Transformator hat einen Außendurchmesser von nur 50 mm und bietet eine hervorragende Gleichtaktunterdrückung von ca. 64 μA/V bei 100 kHz. Der Transformator selbst definiert die für einen Wandler wichtigsten Genauigkeitseigenschaften, wie die Hysterese und damit den maximalen Offset, dessen typische Werte im Bereich von ±50 mA liegen, sowie die typische Linearität von 50 ppm. 

Der Sekundärstrom des Wandlers wird über einen niederohmigen Präzisionslastwiderstand von einem programmierbaren Verstärker erfasst, der den HybridADC ansteuert. Die Gesamtgenauigkeit der DC-CT-Strommessung entspricht somit der Summe der Fehler des DC-CT-Kerns, der Verstärker, einer Spannungsreferenz und des HybridADC.

In den folgenden Abschnitten wird das Funktionsprinzip der innovativen und patentierten DC-CT-Technologie dargestellt. Die Flussmessung erfolgt nach einem völlig neuen Funktionsprinzip, das eher analog zu driftfreien Schalt-Operationsverstärkern als zu konventionellen Magnetflusssensoren ist. Das Verfahren wird mit den vier weithin bekannten Fluxgate-Topologien verglichen.

Die DC-CT Technologie

Herzstück der DC-CT-Technologie sind ein einzelner hochpermeabler Kern und ein Nullfluss-Messprinzip mit geschlossenem Regelkreis und dem innovativen Nullflusssensor PFS (Platiše-Fluxsensor). Die Hauptmerkmale des PFS sind:

• ein einzelner spaltloser, hochpermeabler Kern,

• ein kompakt ausgeführter Sensor für sehr hohe Ströme,

• eine sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber externen Magnetfeldern aufgrund des kompakten spaltlosen Designs,

• eine große, lineare Bandbreite aufgrund der guten Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite,

• eine hohe Empfindlichkeit bei geringer Leistungsaufnahme, 

• ein sehr geringer Offset aufgrund der kompakten Ausführung und des spaltlosen Designs und

• eine der Konstruktion inhärente gute Temperaturstabilität.

Der DC-CT-Wandler kann als Wechselstromtransformator (CT) betrachtet werden, dessen Primär- und Sekundärwicklungen (auch Kompensationswicklungen genannt) Wechselstromsignale bis hinunter zu wenigen Hz erfassen kann. Wie bei anderen Closed-Loop-Technologien misst der PFS kontinuierlich den remanenten magnetischen Fluss im Kern, der sich aus der Differenz zwischen dem Primär- und dem Sekundär- bzw. Kompensationsstrom ergibt. Das Ausgangssignal des PFS ist proportional zum Magnetfluss im Kern. Der PFS steuert die Rückkopplungsschaltung an, um den Kompensationsstrom zu regeln und den optimalen Nullflusszustand im Kern wiederherzustellen. So spiegelt der Kompensationsstrom (perfekt) den der Anzahl der Primär- und Sekundärwindungen entsprechend skalierten Primärstrom.

Platiše Flux Sensor

Die Konzeption des Platiše-Fluxsensors basiert auf einem Magnetkern (B), durch den ein zentrierter Draht (A) – in der Regel einfach – hindurchgeführt wird, dessen Strom (auch Primärstrom IP genannt) gemessen werden soll. Die sekundäre Kompensationswicklung (C) Lcomp hat eine größere Anzahl von Windungen und ist um den größten Teil des Ringkerns verteilt. 

Das magnetische Material weist zur Bildung des in Abb. 1 vereinfacht dargestellten Platiše-Fluxsensors (PFS) noch zusätzliche Öffnungen auf. Der PFS besteht aus einer stromgesteuerten variablen Reluktanz (Current Controlled Variable Reluctance, CCVR) und der Ls-Wicklung (D) auf der inneren und der Flussmesswicklung Lm (E) auf der äußeren Seite der Öffnung.

Die Differenz zwischen Primär- und Sekundärstrom erzeugt einen Remanenz- bzw. nicht kompensierten Fluss im Kern, der sich ohne die Präsenz des Stroms in der Ls-Wicklung – den CCVR-Anteil – fast gleichmäßig auf die Pfade (D) und (E) verteilt.

Bei Anregung der Ls-Wicklung (D) mit elektrischem Strom sinkt die Permeabilität jedoch, und der Widerstand von Pfad (D) erhöht sich. Er wirkt wie eine Art magnetischer Schalter, der sich bei Vorhandensein eines Stroms gewissermaßen öffnet, so dass der Fluss, der vorher fast gleichmäßig auf (D) und (E) verteilt war, gezwungen ist, hauptsächlich durch (E) zu fließen. Während des PFS-Messzyklus schaltet die Ls-Wicklung kontinuierlich um. Dadurch wird der remanente, nicht kompensierte magnetische Fluss „zerhackt“ und abwechselnd auf die Pfade (D) und (E) bzw. nur (E) verteilt.

Vereinfacht kann man sagen, dass im ersten Schritt jeder Pfad je eine Hälfte des Flusses empfängt, während im zweiten Schritt der gesamte Fluss durch (E) und keiner durch (D) geht.  Diese große Flussänderung dΦ/dt durch den Pfad (E) wird von der Lm-Wicklung problemlos erfasst. Die gleichgerichtete (demodulierte) Größe des Ausgangssignals ist direkt proportional zur Größe des remanenten magnetischen Flusses und seine Phase zu dessen Vorzeichen. 

Durch das beschriebene kontinuierliche Umschalten der Ls-Wicklung wird der PFS zu einem Abtastsensor, der bei jedem Schaltzyklus die Größe des Flusses abtastet, wobei die theoretische maximale Bandbreite die Hälfte der Schaltfrequenz beträgt.

Die typische Schaltfrequenz liegt bei über 200 kHz, also viel höher als die erforderliche Bandbreite der DC/AC-Regelschleife. Der Demodulator erfasst beide Übergänge – sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten des Ls-Stroms –, die entgegengesetzte Vorzeichen haben. Daher kann eine Resonanz nur dann auftreten, wenn der Primärstrom mit der PFS-Frequenz zusammenfällt, so dass er einen Fluss mit genau der gleichen Frequenz anregt. Durch das Vorhandensein der Kompensationswicklung wird dieser Fluss jedoch größtenteils kompensiert und der Effekt abgeschwächt. Die Annäherung an den Resonanzpunkt führt in der Praxis lediglich zu einer leichten Verzerrung des Frequenzgangs und einer Reduzierung des maximalen Spitzenprimärstroms. Der PFS demoduliert also einen  DC-Fluss innerhalb des Kerns auf eine konstante Ausgangsspannung, während ein Wechselstromfluss korrekt auf die Hälfte einer Abtastfrequenz des PFS demoduliert wird.

Diese Information wird in die Rückkopplungsregelschleife eingespeist, die den Kompensationsstrom in Lcomp so regelt, dass er den vom Primärstrom Ip verursachten Fluss spiegelt und auf Null reduziert. Im perfekt ausgeglichenen Zustand ist der magnetische Fluss null, und Lm erfasst eine Amplitude von Null.

Zu den interessantesten Aspekten der Innovation gehört die Einführung der stromgesteuerten variablen Reluktanz, des CCVR-Elements. Pfad (D) weist eine zusätzliche Öffnung mit einer Ls-Wicklung in „Unendlichkeitsform“ auf (siehe Abb. 3). Der Stromfluss durch Ls erzeugt im magnetischen Material ein Closed-Loop-Feld in entgegengesetzter Richtung, was die relative Permeabilität verändert.

Eine symmetrische CCVR-Struktur gibt nur einen unbedeutenden Anteil des Magnetfelds an die restliche Kernstruktur ab und erzeugt so ein sehr geringes Ausgangsrauschen (Welligkeit) unter -110 dB über die Kompensationswicklung Lcomp. Außerdem wird ein unbedeutender Rauschanteil unter 100 nV innerhalb der 50-kHz-Bandbreite in die Primärwicklung eingestreut. Gegenwärtig stammt der größte Teil dieses in die Primärwicklung eingestreuten Rauschens um 22 μVeff aus der Regelschleife, die Gegenstand weiterer Verbesserungen ist. Entsprechend hat der von den Primär- oder Kompensationswicklungen angeregte Fluss nur geringe Auswirkungen auf die Ls-Wicklung. Ein externes Magnetfeld oder ein Primärstrom kann kein solches Closed-Loop-Feld erzeugen, das die CCVR praktisch spiegeln und mit ihr in Resonanz treten würde.

Vergleich des PFS mit Fluxgate-Sensoren

Das Grundprinzip des Fluxgate-Sensors ist in Abb. 4 dargestellt. Es handelt sich um einen Ringkern, in dem durch eine zusätzliche Wicklung und einen Rechteckgenerator ein Primärstrom angeregt wird. Aufgrund der typischen B-H-Sättigungskurve des Kerns nimmt die Permeabilität beim Erreichen maximaler oder minimaler Sättigungspunkte ab, wobei die Induktivität der Erregerwicklung schlagartig auf das Minimum fällt. Ist der Primärstrom ungleich Null, dann wird ein solches Signal verschoben und damit verzerrt und asymmetrisch.

Fluxgate-Sensoren werden typischerweise in Closed-Loop-Konfigurationen eingesetzt, obwohl sie für einen begrenzten Strombereich auch ohne Kompensationswicklung gut funktionieren. Die gebräuchlichsten Magnetkerntopologien für Closed-Loop-Konfigurationen mit Fluxgate-Sensoren sind in Abb. 5 dargestellt. Von LEM werden sie folgendermaßen beschrieben:

1. Standardversion, bei der ein Fluxgate (typischerweise mit abweichenden magnetischen Eigenschaften) als Induktor in einen geteilten Kern eingefügt wird, wobei LSE dazu dient, diesen begrenzten Teil des Kerns zu magnetisieren und zu sättigen, um das Nullfluss-Gleichgewicht zu identifizieren. Sensoren dieses Typs sind kostengünstig, erreichen eine maximale Genauigkeit von etwa 0,5 %, rauschen relativ stark und haben von allen Fluxgate-Wandlern die geringste Leistung. Diese Technologie erfasst den Fluss ebenso wie die PFS-Technologie bei Frequenzen über 200 kHz.

2. Diese sehr einfache Konfiguration besteht aus einer sekundären Kompensationsspule, die den kompletten Kern über den gesamten B-H-Zyklus magnetisiert und jegliche Kernremanenz, die durch externe Stimulation verblieben sein könnte, sowie die durch den eigenen Betrieb verursachte Hysterese zurücksetzt. Dieser Sensortyp kann für Gleichstrom sehr genau sein, die Wechselstrombandbreite ist jedoch typischerweise inner- oder unterhalb des kHz-Bereichs auf maximal die Hälfte der Abtastfrequenz der kontinuierlichen Stromumschaltung begrenzt. Sensoren dieser Art injizieren auf der Primärseite ein erhebliches Rauschen und haben im (Standby-)Betrieb einen höheren kontinuierlichen Stromverbrauch.

3. Zur Vermeidung der bei Topologie (II) auftretenden Rauschinjektion verwendet dieses Prinzip zwei Kerne, die in entgegengesetzte Richtungen magnetisiert werden. Allerdings bleibt die Wechselstrombandbreite aufgrund der niedrigen Abtastfrequenz weiterhin begrenzt.

4. Die Dreifachkern-Version fügt der Topologie (III) einen zusätzlichen Kern hinzu und stellt so einen weiteren direkten Wechselstrompfad zum Ausgang bereit. Diese Variante hat den geringstem DC-Offset und eine hohe AC-Bandbreite und ist die bekannteste Fluxgate-Topologie auf dem Markt. Wegen der zusätzlichen Kerne sind Wandler dieses Typs aber auch schwerer und teurer. Diese Variante kann zur Erweiterung des Frequenzbereichs des Wandlers mit einer zusätzlichen Wicklung ausgestattet sein.

Der Hauptunterschied zwischen dem Funktionsprinzip des Fluxgate- und des PFS-Sensors besteht darin, dass bei einem Fluxgate-Sensor ein Teil des Kerns (Topologie I) oder ein ganzer Kern (II ... IV) magnetisiert wird, um minimale und maximale Sättigungspunkte zu erreichen; dann wird durch Überwachung der aufgrund der Gleichspannungsverschiebung entstehenden asymmetrischen Verzerrung die Menge des unkompensierten Primärstroms abgeleitet. Jeder Zyklus erfordert eine beträchtliche Menge an Energie, und es kommt zur Rauschinjektion in die Primär- und Sekundärwicklungen. 

Im DC-CT-PFS wird die Verteilung dieses DC-Flusses auf die beiden Pfade (D) und (E) durch die zyklische Veränderung der Permeabilität des Pfades (D) durch die CCVR beeinflusst. Die daraus resultierende Änderung der Flussgröße in (E) ist mit einer einfachen Messwicklung Lm problemlos messbar.
Diese Funktionsweise des PFS ist der von driftfreien Schalt-Operationsverstärkern (OP AMPS) sehr ähnlich, wo die CCVR die Funktion von „Magnettransistoren“ übernimmt und den DC-Fluss in ein Wechselspannungssignal mit der Trägerfrequenz der CCVR umwandelt. Das Ausgangssignal des PFS-Sensors wird mit der gleichen Trägerfrequenz demoduliert und tiefpassgefiltert, um in die Rückkopplungsschaltung eingespeist zu werden.

Vergleich dieser Topologien mit der DC-CT-Technologie:

1. Die DC-CT-Technologie ist ebenfalls eine Einzelkerntechnologie, bei der der Fluxgate-Sensor durch den PFS ersetzt wird. Der PFS erfordert keine Teilung des Kerns und benötigt keinen Luftspalt, sondern ist in den vorhandenen Magnetkern integriert, wodurch dessen maximale Permeabilität bewahrt bleibt. Diese maximale Permeabilität wiederum verringert die Hysterese und den Offset im Vergleich zu Fluxgate-Wandlern und sorgt für eine sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber externen Magnetfeldern (weniger als 80 mA bei 5 mT in jeder Richtung für Gleich- und Wechselstrom). Außerdem rauscht Fluxgate wesentlich stärker als der PFS, dessen Rauschpegel unter -110 dB liegt. Die Leistungsaufnahme für Sensor und die Kompensationswicklungen ist bei beiden ähnlich.

2. Repräsentiert den ursprünglichen Fluxgate-Sensor, dessen Hauptmerkmal ist, dass er bei jedem Stromschaltzyklus die Hysterese des Kerns aufhebt; andererseits rauscht er jedoch stark, hat eine begrenzte Bandbreite und benötigt zum Betrieb mehr Strom als DC-CT. Die DC-CT-Technologie beruht auf Materialien, die eine sehr hohe Permeabilität und sehr geringe Koerzitivfeldstärke Hc und damit auch einen geringen Hystereseversatz aufweisen. DC-CT kann zusätzlich einen Entmagnetisierungszyklus bereitstellen, um die Hysterese in den mA-Bereich zurückzusetzen.

3. Ähnlich wie bei Variante (II) reduziert diese Topologie das Rauschen auf der Primärseite, benötigt jedoch sogar noch mehr Energie für die Stromumschaltung in zwei Kernen über den gesamten B-H-Zyklus. Außerdem fällt sie größer aus. Der einzige Vorteil gegenüber DC-CT ist ein etwas geringerer DC-Offset (Hysterese).

4. Der einzige Fluxgate-Sensor, der die Wechselstrom-Performance der DC-CT-Technologie erreicht und dabei den bei Variante (III) erwähnten Vorteil des geringstmöglichen Offsetstroms bietet. Allerdings sind die Geräte dieses Typs schwerer und teurer und verbrauchen mehr Strom (Leerlaufleistung 3,5 W gegenüber 0,5 W bei DC-CT, bei 1000 A bis zu 30 W gegenüber 5 W bei DC-CT). Während die DC-CT-Technologie mit einer einzigen Kompensationswicklung eine sehr hohe Bandbreite erreicht, ist bei Dreifachkern-Lösungen oft eine zusätzliche vierte Wicklung zur Erweiterung der Wechselstrombandbreite erforderlich.

Beide Technologien sind temperaturstabil. Die analoge Front-End-Schaltung des PFS kompensiert alle möglichen Offsets, die bei der Demodulation des Signals auftreten würden; es verbleibt lediglich der Hysterese-Offset des Kerns.

Wechselstrombetrieb und breitbandiger Gleichstrombetrieb

Bei den Closed-Loop-Technologien (wie der DC-CT- und der Fluxgate-Topologie I) dient die Kompensationswicklung Lcomp der Wechselstromübertragung, d. h., jede Änderung auf der Primärseite wird der Funktionsweise eines Wechselstromtransformators entsprechend automatisch auf der Sekundärseite reflektiert und entsprechend der Anzahl der Windungen skaliert. Der Ausgangsstrom des Wechselstromtransformators wird dann an einem Lastwiderstand gemessen. Beim DC/AC-Transformator gibt es einen wichtigen Unterschied: Typischerweise wird ein Anschluss der Kompensationsleitung Lcomp vom Verstärker gespeist und der andere dient als Ausgang. Da die Präsenz einer Gleichstromkomponente von der sekundären Lcomp-Wicklung genauso wenig wahrgenommen werden kann wie sehr niedrige Wechselstromfrequenzen, werden Flussmesstechnologien wie DC-CT PFS, Fluxgate, Hall usw. benötigt, die in der Lage sind, das Rückkopplungssignal zu liefern, das der Verstärker braucht, um den Gleichstrom durch die Lcomp-Wicklung so zu regeln, dass ein Nullfluss im Kern erreicht wird. 
Somit hängt die Linearität der Wechselstromübertragung bei solchen Wandlern von folgenden Faktoren ab:

• AC-Übertragungseigenschaft des Kerns; 

• der Wicklungstechnik, die parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten mit sich bringt,
  unerwünschte Resonanzen erzeugt und die Linearität verzerrt;

• der Empfindlichkeit, Linearität und Bandbreite der Nullfluss-Messtechnologie und

• der Regelschleife des DC/AC-Flusssensors.

Für eine gute Linearität im Frequenzgang und einen stabilen Betrieb sollte die reine AC-Übertragungseigenschaft des Kerns eine möglichst tiefe Grenzfrequenz aufweisen. Die DC-CT-Technologie reduziert diese Hochpassfilter-Grenzfrequenz aufgrund der spaltlosen, kompakten Kernkonstruktion auf das mögliche Minimum.

Durch das Design bleiben die hochpermeablen Eigenschaften des Kerns bewahrt, und die kompakte Ausführung gewährleistet eine sehr hohe Induktivität der Lcomp-Wicklung. Darüber hinaus weist der PFS eine Rohempfindlichkeit von > 20 mV/A auf, die zusammen mit einer sehr niedrigen Grenzfrequenz des Lcomp eine stabile Regelschleife und Linearität über eine große Bandbreite garantiert. 

Technologievergleich

Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht über die wichtigsten Merkmale der verschiedenen Technologien:

Referenzen

• [1] Isolated current and voltage transducers - dritte Edition von LEM.

• [2] LEM Current Transducer IN 2000-SB/SP1

• [3] Brochure for LEM AUTOMOTIVE Current transducer FluxGate technology

• [4] High Precision Wide Bandwidth DC Current Transducer Based on the Platiše Flux Sensor Sensors | Free Full-Text | High Precision Wide Bandwidth DC Current Transducer Based on the Platiše Flux Sensor | HTML (mdpi.com)