1 前言
當今，在功率調節器和變頻器等功率轉換系統所代表的電力電子領域中，大家對電流都有著高精度、高帶寬的測量需求。我司自從1971年發售了勾式測試儀CT-300（Fig.1）以後，一直以來根據不同的測量用途，提供著各種各樣的電流感測器（Fig.2）。
在本稿中，我們將聚焦高精度、高帶寬的電流測量需求，對我司的電流感測器的特長以及電流測量的要點做一個記述。
2 關於電流感測器的檢測方式
電流感測器的檢測方式雖然涉及到多方多面，但大多數的方式，都是由被測導體中流過的電流在磁力鐵芯中產生磁通量，然後插入勾表空隙時，透過磁電轉換元件或者在磁力鐵芯上纏繞的線圈來進行檢測的。
而每種檢測方式，都有它的優點和缺點。
所以用1種檢測方式，去應對所有的測量需求是非常困難的。我司把2種檢測方式進行了組合，我們稱之為零磁通方式（也被稱作閉環方式或磁力平衡方式）。透過採用這種方式，我們提供著高精度、高帶寬的電流感測器。
零磁通方式，就如 Fig.3，4 中所示要形成包含了磁力電路的負反饋電路。而為了能夠抵銷被測電流在鐵芯中所產生的磁通量，在反饋線圈中也會流過電流。因為運行的磁通量可以控制得非常小，所以其優勢在於受到磁性材料的非線形性的影響可以抑制在最低限度。
我司的高精度電流感測器使用的就是由 Fig.3 中所示的磁通門方式和變流器（CT）方式組合之後的零磁通方式。磁通門方式可以從直流開始測量，因其檢測用的不是半導體，所以失調電壓較小，在溫度穩定性，長期穩定性上都有很卓越的表現。我司提供的電流感測器精度為0.02%rdg，頻寬3.5MHz，其精度和頻寬都是世界頂尖水準。
另外，我們靈活利用了磁通門方式在高溫下的穩定性，還提供了可以在-40°C~+85°C 溫度環境下測量的產品。
另外，我們靈活利用了磁通門方式在高溫下的穩定性，還提供了可以在-40°C~+85°C 溫度環境下測量的產品。
另一方面，高帶寬電流感測器採用的是如 Fig.4 中所示的霍爾元件和變流器（CT）方式組合的零磁通方式。它擁有著從直流到最大 120MHz的測量頻寬。測量用的關鍵元器件，霍爾元件是由我司自主研發生產的。因其擁有著高靈敏度，低干擾的特性，和示波器組合後觀測微弱的電流波形也是非常合適的。
3 電流感測器結構上的區別
電流感測器在結構上，分貫通型和勾表型2類。貫通型在磁力鐵芯上沒有分割面，因此可以很容易的讓磁力鐵芯全周的特性都很平均，可以構造出非常高精度的電流感測器。但是，接線的時候由於需要把電源線穿過感測器，所以需要暫時性的分離電源線，這就不能直接和正在工作著的設備接線了。
另一方面，勾表型的話磁力鐵芯的結構是可以分割的，所以只要夾住電源線就能進行測量。因為不需要像貫通型那樣要先把電源線分離，所以測量工作狀態中的設備也非常方便。但是，製作了鐵芯的分割面，就意味著要讓全周都獲得均衡的特性會變得非常困難。一般的勾表型電流感測器測量精度較差，受導體位置的影響較大。想要得到重現性較好的數據比較困難。我司有著長年累積的對電流感測器的開發經驗，結合經驗，我們製作出了勾表型高精度的電流感測器。這個在後面我們再做敘述。
4 電流感測器的選型要點
要使用電流感測器進行高精度的測量，最重要的就是要根據被測對象，選擇最合適的電流感測器。
多數的高精度電流感測器（精度 0.1%以下）採用的是電流輸出，而我司的高精度電流感測器採用的是電壓輸出的方式。一來說，從訊號傳遞的品質上來看，電流輸出更為優越。
但是在電流感測器的輸出方式中，電壓輸出也有許多好處。下面我們會一邊闡述電壓輸出的好處，一邊分享在電流感測器選型方面的要點供大家參考。
4.1 電流感測器的額定，測量頻寬需要匹配合適
為了能夠實現高精度的去測量電流，我們必須要選擇適合於測量對象電流電位的電流感測器。
比如，我們使用相同測量精度的 2 個電流感測器。用精度相同，額定 10A 的電流感測器和額定 500A的電流感測器去測量 5A 的電流，那麼使用接近於測量對象的額定 10A 的電流感測器去測量，所測得的精度和重現性一定是更為有利的。我司的電流感測器的額定電流是用有效值去標定的，但是用峰值去標定電流感測器的額定電流的也有很多，需要注意。
加上被測電流的所有頻率成分，是否都能被電流感測器的測量頻寬所覆蓋，也需要進行確認。
4.2 要確認測量頻寬的振幅，相位是否在精度上有所標定
一般情況下，和功率計組合的高精度電流感測器，大多數只對工頻（50Hz/60Hz）振幅的精度有所標定，相位相關的精度標定一般是沒有的。
普通的高精度電流感測器的電流輸出，想要去標定其高頻振幅和相位的精度，是非常困難的。因此除了工頻以外，大多公開的都是具有代表特性的圖表，這點需要大家注意。
我司因為採用的是電壓輸出的方式，所以對測量頻寬的全頻段的振幅，相位的精度都能做出標定。
要準確測量功率的話，光是看振幅精度是不夠的，相位精度也非常之重要。特別在選用測量功率用的電流感測器時，要尤為注意是否有標定相位的精度。
4.3 要確認是否有較高的通用性
電流感測器使用電壓輸出的話，不只是功率計，DMM、示波器、記錄儀等等都能很容易的就連接上去。使用 1 台電流感測器，就能對應各種各樣的測試需求。
4.4 確認 S/N 比是否足夠高
我司的高精度電流感測器在測量額定電流時，設計是會輸出 2V 的電壓。比如使用我司的CT6863（額定 200A）和功率計組合測量 AC 200A 時，就會往功率計輸入 AC 2V。另一方面，電流輸入型的功率計的輸入部分因為內置的是分流電阻，所以從電流感測器中即使輸出的是電流，最後還是會被轉換成電壓進行處理。
使用變比1500：1的高精度電流感測器來測量AC200A時，通常分流電阻的電阻值為0.5Ω或是0.1Ω，那麼此時功率計所測量到的輸入電壓就是：
133.3mA × 0.5Ω = 66.65mV AC
133.3mA × 0.1Ω = 13.33mV AC
所以從功率計上所測量到的訊號電位2V和13.33mV~66.65mV 比較來看，電壓輸出的電流感測器的 S/N 比是較高的。
4.5 調整、校正是否較為方便
我司的電流感測器因為是電壓輸出的，所以要做調整、校正就較為方便。因此，涵蓋了輸出電纜線部分都能做精度的標定。另外，包括線阻造成的微弱的壓降部分都能夠進行調整。也能特製標配的測試線以外的長度。
我司的高精度電流感測器不只在直流和工頻下，在高頻領域也能夠進行校正。以下是我司的電流感測器的校正點的例子，在各頻率點下都執行了可追溯的校正。
振幅：±DC, 50 Hz, 60 Hz, 1 kHz, 10 kHz,100 kHz, 300 kHz, 700 kHz, 1 MHz
相位：50 Hz, 60 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz,300 kHz, 700 kHz, 1 MHz
5 高精度測量的注意點
從長年研發電流感測器的經驗中，我們總結了一些使用電流感測器去高精度的測量電流的注意事項，下面做一個介紹。
5.1 測量導體需要放置在感測器的中心位置
無論是哪種電流感測器，都一定會受到導體位置的影響。其影響量隨著測量頻率變高，有增大的傾向。
即使是特性較好的貫通型電流感測器，一到10kHz以上的高頻影響就會變大。電流感測器廠家所標定的測量精度，一定是位於電流感測器中心位置時的精度。特別在測量高頻電流時，把導體放在感測器的中心位置，才能高精度，並且高重現性的去進行測量。
5.2 讓電流感測器遠離附近的導體
因為電流感測器檢測的是被測物中流通的電流所產生的磁場，所以即便並非測量對象，但是附近有導體流通電流的話，多多少少還是會受到一些影響的。
特別高頻電流的話，其影響會更大。在測量時，需要考慮到受影響的可能性，再去進行測量。
6 高精度電流感測器精度的標定方式
我司的高精度電流感測器在測量頻寬內，對所有的頻率帶寬都有精度標定。一般來說，電流感測器所標定的精度都只是在導體位於感測器中心位置時的。但是，在實際使用的環境下，想要把導體放置在中心位置其實也並沒那麼容易。
Fig.5中所示的，是我司高精度電流感測器(CT6841)的頻率特性和規格。對於各頻帶中所標定的精度，即使改變導體位置，也能滿足規格要求。
另外，我司對於高精度電流感測器的精度規格，在標定時都留有充足的餘地。所以，實際能力要比規格上標定的要強大得多。
7 高精度勾表型電流感測器
我們前面已經說過，一般勾表型電流感測器會因為在設計上有分割面的存在，所以精度和重現性較差。
在這一章節中，我們介紹一下我司的高精度勾表型電流感測器 CT6843（額定 200A）的一部分特性。
Fig7~9 是和我司的額定相同的貫通型電流感測器CT6863（額定 200A）做的一個特性比較。我司的勾表型電流感測器的特性，已經直追貫通型電流感測器的特性了，所以要做高精度的功率測量也是完全能夠使用的。
能把勾表型感測器做到現在這樣的性能，主要是除了分割面之外，全周的結構都很平均，在設計時，分割面的結構也考慮到了要讓磁力電阻抑制在最小限度。就和貫通型一樣，在製作時會注意讓磁力鐵芯全周的結構都平均一致。
另外，我司的勾表型電流感測器不只在性能上，在設計時對操作性也非常重視。從開合的操作到感測器部位的鎖鍵，都能單手簡單操作。為了對應多樣的測量環境，我們還有使用溫度範圍在-40°C~+85°C的產品。在高溫，像汽車引擎蓋內這樣嚴酷的環境下，都能穩定使用。
更進一步，我司提供的功率計，也是專門為電流感測器設計的。所以功率計可以直接供電給電流感測器，也能自動識別電流感測器。和功率計組合後做高精度高帶寬的功率測量是最為合適的。
8 高帶寬勾表型電流感測器
前文有說過，我司的高帶寬電流感測器的特長在於，相比高精度電流感測器其測量帶寬要更高，干擾程度也較小。在這之中，我司提供的擁有著最高電流—電壓轉換比率（以下稱輸出變換比）和頻率帶寬（Fig.11）的CT6701（Fig.10），在測量過程響應電流波形，衝擊電流等的高速響應波形上，和在觀測含有各種頻率成分的微弱電流波形上，都是最優的電流感測器。
高頻帶電流感測器我們前面也說過，是使用了薄膜型霍爾元件的零磁通方式的AC/DC電流感測器。其主要元器件，是由我司自主研發生產的薄膜型霍爾元件。透過使用相比以往機型能夠大幅度降噪的薄膜霍爾元件，實現了輸出變換比1V/A（以往機型的10 倍）並且低干擾性的性能。
Fig.12中顯示的是和以往機型的測量波形做的比較。透過這個電流感測器，從小型馬達開始，到汽車電子零部件中流過的控制電流，能夠以mA級別去進行細微的觀測了。另外，因為還擁有著120MHz（-3dB）的高帶寬，所以還能和示波器等的波形觀測儀器相連接，可以觀測到含有各種頻率成分的電流波形。
比如，用在觀測功率的轉換或馬達控制上的開關電路的控制電流，負載電流上。進行高速開關時半導體元件的ON/OFF電流波形，漣波都能進行觀測。
9 結語
本稿把焦點放在了我司持續40年以上，不懈努力開發的電流感測器上。從零磁通方式的檢測原理，到電流感測器的選型要點，使用時的注意事項，一部分的特性都做了介紹。在需要高精度、高帶寬電流測量的電力電子領域中，如果在測量電流時本稿能給您提供一些參考，那麼我們也就非常榮幸了。
