【導讀】利用電纜上的壓降可以測量長電纜中流動的大電流，但是銅的溫度系數(shù)（溫度補償系數(shù)）為+0.39%/°C，限制了測量精確度。本設計實例提出的解決方案利用了大電流電纜是由許多細股組成的這一事實，解決了其它溫度傳感器的主要問題，從而更好地感測整體溫度并實現(xiàn)完美的溫度補償。
利用電纜上的電壓降便可以測量長電纜中流動的大電流，而無需龐大的分流器或昂貴的磁測量方法。但是銅的溫度系數(shù)（溫度補償系數(shù)）為+0.39%/°C，這限制了測量精確度。
溫度傳感器可以做出補償，但僅限于點測量裝置，其相關性可能會因電纜長度出現(xiàn)問題。要考慮到2.5°C的電纜溫度誤差或差異會引起1%的誤差。
如果在最大電流下至少有10mV的壓降，則可用現(xiàn)代零漂移放大器（自動歸零，斬波器等）輕松測量。這些放大器提供超低偏移性能，可以精確感測滿量程低壓降。
剩下的就是如何處理溫度系數(shù)。本設計實例提出的解決方案利用了大電流電纜是由許多細股組成的這一事實，示例中的AWG 4電纜包含1050股AWG 34線。
在圖1中，運算放大器非反相輸入檢測電纜負載端的電纜壓降。MOSFET處于輸出/反饋路徑中，這一路徑通過溫度感測線（通常是用于設置增益的電阻），在電源處結束。電路迫使該增益設置元件出現(xiàn)壓降，且壓降正好等于主電纜壓降。這種情況下，增益設置元件是嵌入在定制絕緣電纜組件（包括大電流電纜）內的34號標準規(guī)格線的單股絕緣線（包漆，如電磁線）。
圖1：使用比例電纜實現(xiàn)大電流測量溫度補償。
AWG 34 = 265.8Ω/1000ft
AWG 4 = 0.248Ω/1000ft （來源：http://www.brimelectronics.com/AWGchart.HTM） 例如，0.474 ft. 4號線 = 117.6 µΩ；10 mV 壓降
由于電纜由1050股線組成，電流會流入MOSFET和增益元件，正比于總電流除以1050。增益元件和電纜均由銅構成，并且處于緊密的熱接觸中，抵消了輸出隨溫度的變化。
反饋電流流出MOSFET漏極，通過
接地，提供接地參考輸出電壓。
接地，提供接地參考輸出電壓。線股解決了其它溫度傳感器的兩個主要問題：
- 導線是跨越整個電纜的“分布式”傳感器，能更好地感測整體溫度情況；
- 導線和主電纜一樣為銅材料，可實現(xiàn)完美的溫度補償。
實際測試
我們使用四英尺長的JSC 1666 AWG 4電纜進行測試。沿電纜長度方向切開絕緣層，將34號標準規(guī)格電磁線插入絕緣層。電路中使用了NCS333運算放大器。由于運算放大器共模電壓與其供電軌相等，因此必須具有軌到軌輸入能力（或使用更高的電源）。此外，它應該是零漂移（斬波器）放大器，因為標準軌到軌運算放大器在正軌附近的性能通常較差。
圖2：測試裝備。由于感測線長度影響絕對精度，因此將其連接到電路板的兩根灰色電線為較重規(guī)格。
測量值
空載時，
讀數(shù)為94µV；
讀數(shù)為94µV；10A負載下，
= 454.6mV（5.85%誤差）；
= 454.6mV（5.85%誤差）；58A負載下，
= 2.604V（5.7%誤差）。
= 2.604V（5.7%誤差）。將測試裝備放入溫控柜中，在室溫至100°C溫度范圍內進行測試。顯示的附加誤差小于0.1%。有幾個因素可能會導致該誤差，例如運算放大器偏移漂移，以及電纜終端的電阻和熱電偶效應。
造成誤差的電線公差
為了解實際電纜結果會怎樣，我列出了以下電線數(shù)據(jù)，顯示34號標準規(guī)格電線有2%的公差。人們會認為4號標準規(guī)格電線的總體公差也差不多。這表明根據(jù)標準公差制造的商業(yè)電線僅僅因為電纜本身的原因，就會產(chǎn)生4%的精確度限制。電子設備還有其它一些限制因素也會影響精確度，不過用戶當然會進行調整，或者與使用的電纜匹配。
圖3：電線數(shù)據(jù)。（來源：weicowire.com）
最后需要注意的是，制造實現(xiàn)此功能的電纜似乎很麻煩。這個概念是由OEM提出，目的是讓OEM可以指定包含一股漆包線的定制電纜作為增益電阻。電動和混合動力汽車有許多大電流電纜，OEM可以利用這一特點消除大的分流。這種方法提供的精確度和溫度性能，相對磁感測來說確實具有競爭力，而且成本較低，特別是在OEM量產(chǎn)的情況下。
在小批量的情況下，將感測線包裹或捆扎在電纜外側，仍會具備分布式溫度感測的優(yōu)點。由于電纜絕緣，在耦合更弱且實際電纜銅溫度的時間常數(shù)更長的情況下，感測對環(huán)境溫度更為敏感。
本文轉載自電子技術設計，作者：Jerry Steele，安森美半導體公司。
推薦閱讀：
