Hall strømsensorer. Strømtransformatorer er den rette løsningen. Hovedtyper av strømsensorer

Måle strømmen til en høyspent strømforsyning? Eller strømmen som forbrukes av bilens starter? Eller strømmen fra vindgeneratoren? Alt dette kan gjøres kontaktløst ved hjelp av en enkelt mikrokrets.

Melexis tar neste skritt innen bærekraftige løsninger, og åpner nye muligheter for berøringsfri måling i fornybar energi, hybridelektriske kjøretøy (HEV) og elektriske kjøretøy (EV) applikasjoner. MLX91206 er en programmerbar monolitisk sensor basert på Triaxis™ Hall-teknologi. MLX91206 lar brukeren bygge små, kostnadseffektive sensorløsninger med raske responstider. Brikken styrer direkte strømmen som strømmer inn ytre leder for eksempel en buss eller PCB-bane.

MLX91206 berøringsfri strømsensor består av CMOS integrert krets Hall med et tynt lag av ferromagnetisk struktur på overflaten. Det integrerte ferromagnetiske laget (IMC) brukes som en magnetisk flukskonsentrator, og gir høy forsterkning og et høyere signal-til-støyforhold for sensoren. Sensoren er spesielt egnet for måling av konstant og/eller vekselstrøm opptil 90 kHz med ohmsk isolasjon, med svært lavt innsettingstap, rask responstid, liten pakkestørrelse og enkel montering.

MLX91206 møter etterspørselen etter bred bruk elektronikk i bilindustrien, konvertering av fornybar energi (sol og vind), strømforsyninger, motorstyring og overbelastningsbeskyttelse.

Bruksområder:

• måling av forbrukt strøm i batteristrømforsyningen;
• solenergi omformere;
• bilomformere i hybridbiler mv.

MLX91206 har overspenningsvern og beskyttelse mot revers spenning og kan brukes som en frittstående strømsensor koblet direkte til kabelen.

MLX91206 måler strøm ved å konvertere magnetfelt skapt av strømmer som flyter gjennom lederen til en spenning som er proporsjonal med feltet. MLX91206 har ikke en øvre grense for det målbare strømnivået fordi utgangsnivået avhenger av størrelsen på lederen og avstanden fra sensoren.

Karakteristiske trekk:

• programmerbar høyhastighets strømsensor;
• en magnetfeltkonsentrator som gir et høyt signal-til-støyforhold;
• beskyttelse mot overspenning og polaritet;
• blyfrie komponenter for blyfri lodding, MSL3;
• rask analog utgang(DAC-oppløsning 12 bit);
• programmerbar bryter;
• termometer utgang;
• PWM-utgang (12-bits ADC-oppløsning);
• 17-biters ID-nummer;
• diagnostikk av et defekt spor;
• rask responstid;
• enorm DC-båndbredde - 90 kHz.

Hvordan sensoren fungerer:

MLX91206 er en monolittisk sensor basert på teknologi Triais ® Hall... Konvensjonell plan Hall-teknologi er følsom for tettheten av fluks som påføres vinkelrett på IC-overflaten. IMC-Hall ® strømsensoren er følsom for tettheten til en fluks som påføres parallelt med IC-overflaten. Dette oppnås gjennom en integrert magnetisk konsentrator (IMC-Hall®) som er avsatt på en CMOS-krystall. IMC-Hall ® strømsensor kan brukes i bilindustrien. Det er en Hall-effektsensor som gir et utgangssignal proporsjonalt med flukstettheten påført horisontalt og er derfor egnet for strømmåling. Den er ideell som en åpen strømsensor for montering på trykt kretskort... Overføringskarakteristikken til MLX91206 er programmerbar (offset, forsterkning, klemnivåer, diagnostiske funksjoner ...). Utgangen kan velges mellom analog og PWM. Lineær analog utgang brukes for applikasjoner som krever rask respons (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.

Måling av små strømmer opp til ± 2 A

Små strømmer kan måles med MLX91206 ved å øke magnetfeltet gjennom spolen rundt sensoren. Følsomheten (utgangsspenning versus spolestrøm) av målingen vil avhenge av spolestørrelsen og antall omdreininger. Ytterligere følsomhet og redusert følsomhet for eksterne felt kan oppnås ved å legge til et skjold rundt spolen. Spolen gir svært høy dielektrisk isolasjon, noe som gjør MLX91206 til en passende løsning for høyspente strømforsyninger med relativt lave strømmer. Utgangen må utvides for å oppnå maksimal spenning for høye strømmer for å oppnå maksimal nøyaktighet og oppløsning i målinger.

Figur 1. Lavstrømsløsning.

Gjennomsnittlig strøm opp til ± 30 A

Med en enkelt leder plassert på kretskortet kan det måles strømmer opp til 30 A. Ved ruting av kretskortet skal det tas hensyn til tillatt strøm og total effekttap på banen. Spor på PCB må være tykke nok og brede nok til å håndtere gjennomsnittlig strøm kontinuerlig. Differensialutgangsspenningen for denne konfigurasjonen kan tilnærmes ved følgende ligning:

Vout = 35 mV / * I

For en strøm på 30 A vil utgangen være omtrent 1050 mV.

Fig. 2. Løsning for middels strøm.

Måling av høye strømmer opp til ± 600 A

En annen metode for å måle høye strømmer på PCB er å bruke tykke kobberspor som kan lede strøm på motsatt side av PCB. MLX91206 bør plasseres nær midten av lederen, men siden lederen er veldig bred, er utgangen mindre følsom for plassering på brettet. Denne konfigurasjonen har også lavere følsomhet avhengig av avstand og lederbredde.

Fig. 3. Løsning for høye strømmer.

Om melexis

Melexis ble grunnlagt i over et tiår, og designer og produserer produkter for bilindustrien, og tilbyr en rekke integrerte sensorer, ASSP-er og VLSI-er. Melexis-løsninger er ekstremt pålitelige og oppfyller de høye kvalitetsstandardene som kreves i bilapplikasjoner.

Når du foretar målinger i bilelektro, er det ofte nødvendig å ta oscillogrammer av strømverdier. Det er med andre ord ikke lett å måle, men å studere i detalj. Klassisk brukes strømtransformatorer eller motstander til slike formål. Sistnevnte har imidlertid frekvensbegrensninger og påvirker den studerte kretsen. En strømsensor basert på en Hall-kontroller er designet for å løse dette problemet.

Alt er bra, men slike sensorer er ikke billige. Hvis du klarer å sette sammen et slikt alternativ med egne hender, kan du spare mye. For å kunne lage en modell av egen produksjon kan du bruke flere effektive opplegg.

Opplegg på en 711 mikrokrets

MERK FØLGENDE! Fant en helt enkel måte å redusere drivstofforbruket på! Tro meg ikke? En bilmekaniker med 15 års erfaring trodde heller ikke før han prøvde det. Og nå sparer han 35 000 rubler i året på bensin!

ACS 711 er selve brikken som skal gjøre det mulig å produsere en strømsensor eller TD basert på en DX (Hall sensor). RR for en slik sensor vil være lik nesten 100 kHz, noe som vil være ganske effektivt for å utføre målinger.

En mikrokrets av denne typen har en utgang som er integrert med en forsterker. Sistnevnte er på sin side, på grunn av sin effektivitet, i stand til å øke egenskapene til kretsen opp til 1 A / V.

Når det gjelder strømforsyningen, tilføres spenningen til forsterkeren ved bruk av en intern 2-pols type forsyning. Det kan være NSD10-variant eller en annen. Selve mikrokretsen er allerede drevet av en stabilisator som har en utgang med en spenning på 3,3 V.

Påvist "budsjett"-alternativ

Her er hva du må gjøre for å lage et slikt alternativ:

• kutt et spor i ferrittringen langs tykkelsen på saken;
• plante MS på epoksy lim;
• gjør et visst antall omdreininger på ringen (antall omdreininger vil avhenge av den spesifikke spenningen);
• som et resultat får du en kontaktløs versjon av reléet, som opererer på elektromagnetisk basis.

Nøyaktigheten av driften av et slikt dieseldrivstoff og regulariteten er ganske høy. Den eneste ulempen med ordningen kan kalles antall svinger, bestemt rent empirisk. Faktisk er det ingen beregninger av en bestemt type noe sted. Du må bestemme antall svinger for en bestemt kjerne.

Klar DT MLX91206

Kumulativ krets, der det tynneste laget av ferromagnetisk struktur eller IC brukes. Sistnevnte fungerer som en bryter for magnetfeltet, og gir derved høy forsterkning og justering av ekvivalensen til støysignalet. Dette alternativet er mer relevant for måling av AC-spenning opp til 90 kHz med ohmsk isolasjon, som er preget av ubetydelige innebygde tap og kort responstid.

I tillegg inkluderer fordelene enkel montering og små dimensjoner på flykroppen.

DT MLX91206 er en regulator som fortsatt møter etterspørselen i bilindustrien. I tillegg brukes denne typen diesel i andre kraftkilder: for overbelastningsbeskyttelse, i motorsystemer, etc.

Oftest brukes dieseldrivstoffet på MLX91206-mikrokretsen i hybridbilsystemer, som autoinvertere.

Det er også interessant at denne sensoren er utstyrt med et overspenningsbeskyttelsessystem av høy kvalitet, som gjør at den kan brukes som en separat regulator integrert i kabelen.

Prinsippet for drift av en sensor av denne typen er basert på transformasjonen av magnetfeltet som oppstår fra strømmene som går gjennom lederen. Kretsen har ikke en øvre grense for det målte spenningsnivået, siden utgangen og dens parametere i dette tilfellet avhenger av lederstørrelsen og den direkte avstanden fra dieselgeneratoren.

Når det gjelder forskjellene mellom denne typen diesel fra lignende:

1. Analog utgangshastighet, som er høyere (dette forenkles av en 12-bits DAC).
2. Tilstedeværelsen av en programmerbar bryter.
3. Pålitelig beskyttelse mot omvendt polaritet og overspenning.
4. PWM-utgang med 12 bit ADC-oppløsning.
5. Enorme 90 kHz båndbredde og mye mer.

Kort sagt, denne typen diesel er en kompakt og effektiv sensor laget ved hjelp av Triasis Hall-teknologi. Denne typen teknologi regnes som klassisk og tradisjonell, den er følsom for tettheten av fluksen, som påføres tydelig parallelt med overflaten.

Målinger som kan utføres ved hjelp av en ferdig sensor laget ved hjelp av Triasis Hall-teknologi er delt inn i målinger av lavspenning opp til 2 A, gjennomsnittlig strøm. verdier opp til 30 A og strømmer opp til 600 A (stor).

La oss vurdere mer detaljert mulighetene for disse målingene.

• Små strømmer måles ved hjelp av en sensor ved å øke parametrene til magnetfeltet gjennom spolen rundt diesel. I dette tilfellet vil målefølsomheten bli bestemt av dimensjonene til spolen og antall omdreininger.
• Strømmer opp til 30 A eller gjennomsnittlige strømmer måles under hensyntagen til spenningstoleransen og den totale effekttapet til banen. Sistnevnte må være ganske tykk og bred, ellers vil det ikke være mulig å oppnå kontinuerlig behandling av gjennomsnittsstrømmen.
• Til slutt er høystrømsmåling bruk av kobber og tykke spor som er i stand til å drive spenningen på baksiden av PCB.

Hall-effekt diesel: generell oversikt

Hva er Hall-effekten? Som du vet, er dette fenomenet basert på det faktum at hvis du plasserer en rektangulær halvleder i et magnetfelt og sender en spenning gjennom det, vil en elektrisk kraft nødvendigvis vises ved kantene av materialet, rettet vinkelrett på magnetfeltet. felt.

Det er av denne grunn at den magnetiske sensoren vanligvis kalles DH til ære for forskeren Hall, som var den første som avslørte nettopp denne effekten.

Hva gir nettopp denne effekten i bilelektro? Det er enkelt. Når en spenning påføres HX, oppstår det en potensialforskjell ved kantene av platen (den er noen ganger plassert inne i HX), og en verdi proporsjonal med SMF (magnetisk feltstyrke) er gitt.

På bilområdet var det således mulig å bruke kontaktløse elementer, som viste seg å være mye bedre i praksis enn deler utstyrt med kontaktgrupper. Sistnevnte måtte regelmessig rengjøres, repareres, skiftes.

Berøringsfri DX styrer med hell, for eksempel rotasjonshastigheten til aksler, er mye brukt i tenningssystemer, er anvendelige i turtellere og ABS.

For å måle strømstyrken i ulike elektriske kretser ved hjelp av AC712 mikrokrets, kan dette gjøres. Hall-effekten i dette tilfellet er til ubestridelig hjelp. Dermed er det mulig å produsere en sensor eller en regulator for elektrisk strøm ved HH.

Slike sensorer vil gjøre det mulig å måle styrken til ikke bare direkte, men også vekselstrøm, for å oppnå verdier i mlA.

Som regel fungerer en modul med en AC712-mikrokrets strengt fra 5V, men den lar deg måle det maksimale strømnivået opp til 5 A. I dette tilfellet bør spenningen settes innenfor verdier på 2 kW.

Generelt brukes diesel i hele elektroteknikken for å skape tilbakemeldingskommunikasjon. Avhengig av det spesifikke driftsstedet, klassifiseres diesel i flere typer. Kjent resistivt dieseldrivstoff, strømtransformator og selvfølgelig Hall-effekten diesel.

Vi er interessert i DT om Hall-effekten. De kalles også åpne regulatorer eller spenningsutgangsenheter. Deres formål: berøringsfri metode for å måle vekselstrøm, likestrøm og impulsstrøm i området fra pluss/minus 57 til pluss/minus 950 ampere ved høy spenning. 3 ml.

Utgangsspenningen til dieseldrivstoffet er tydelig i samsvar med de beregnede parameterne til strømmen. Den 0. spenningsverdien tilsvarer halvparten av forsyningsstrømmen. Dermed er strømutgangsområdet 0,25-0,75V.

Det er enkelt å justere følsomheten til dieseldrivstoffet ved å transformere antall omdreininger til den testede lederen i en sirkel av regulatorens magnetiske krets.

DT-kroppen skal være laget av slitesterk PBT-plast.

PBT-plast er et plastmateriale oppnådd ved homogen sveising.

Når det gjelder de harde terminalene til DT-kassen, er det 3 av dem. De er beregnet for lodding på brettet.

DT utgangskrets - et par komplette biopolare transistorer. Med andre ord er det ikke noe mer enn en halvlederenhet der to overganger dannes, og ladningsoverføringen utføres av bærere av to polariteter, eller på annen måte - elektroner og kvasipartikler.

Hall-effekt diesel drivstoff er også av original og ikke-original produksjon. De førstnevnte utmerker seg ved sin attraktive design, er pålitelige og i stand til å gi den høyeste nøyaktigheten av indikasjoner. Men diesel fra ikke-opprinnelig produksjon har ikke slike parametere, selv om de også er i stand til å gi sine fordeler. Disse inkluderer en sammenleggbar kropp og lave kostnader.

Merk følgende. Hvis dieseldrivstoffet lett kan demonteres ved å skru ut 4 skruer, er dette ikke en original enhet.

Demontering av kroppen til det originale dieseldrivstoffet vil sikkert føre til feil, siden de er laget i en lukket versjon. Selvfølgelig kan du prøve å komme til innsiden, men dette fører nødvendigvis til sammenbrudd. Kroppen til slike enheter er forseglet fra alle sider, langs alle ledd.

For å sammenligne innsiden av fabrikkens dieseldrivstoff og den påfølgende innsamlingen av en hjemmelaget krets, anbefales det å bruke, som det ble skrevet ovenfor, en ikke-original enhet. La det for eksempel være den kinesiske DST-500. Det kan enkelt demonteres, diagrammet er skissert med et smell, siden det er enkelt, inneholder ikke komplekse justeringer.

Når det gjelder funksjonen, er den den samme i alle typer diesel:

• den energiserte strømlederen går gjennom den magnetiske kretsen;
• et syklotronfelt dannes;
• strømmen flyter gjennom utjevningsviklingen til den magnetiske kretsen for å stabilisere feltet;
• den kompenserte spenningen må være nøyaktig proporsjonal med spenningen i krefter. dirigent.

I tillegg, for å kompensere for den magnetiske ledningen til sensoren, er det nødvendig å måle størrelsen og fortegnsverdiene til DT. For disse formålene bør det kuttes et hull i magnetkretsen som faktisk Hall-sensoren settes inn gjennom. Signalet til enheten vil bli tvunget til å levere en kraftendotron, hvis utgang er integrert med en stabiliserende vikling.

På denne måten vil hovedformålet med en slik krets være å føre en slik brøkdel av spenningen gjennom viklingen, noe som vil påvirke magnetfeltet slik at verdien nærmer seg 0 ved brudd på magnetkretsen.

I hele sonen av den målte spenningen vil gullsmedens nøyaktighet av effektiviteten av commensurability bli bevart. For måling av nøyaktig spenningskompensert. vikling bruker en presisjonsmotstand med lav motstand. Størrelsen på strømfallet over en slik motstand vil være lik spenningen i strømkretsen.

Diesel av denne typen kan enkelt lages på egen hånd. Behovet for slike regulatorer vokser stadig, de er som sagt ikke billige.

Hall sensor i et bestemt tilfelle, er det ønskelig å bruke en spesifikk, rammeløs. Du kan installere den på en smal stripe av tynn folie-glassfiber. Det bør legges en fordypning under den, hvor den plantes veldig tett på epoksylimet.

Merk følgende. Tykkelsen på PCB-stripen på 0,8 mm vil anses som normal, siden den kommer inn i gapet uten overdreven friksjon mot veggene og uten dinglende effekt.

DT er en referanseenhet for beregning av spenningen til en høyspent strømforsyningspulsar. For eksempel strømmen som trekkes av en starter eller generator. Og ved hjelp av en Hall-sensor kan dette gjøres med kun én mikrokrets.

Til slutt en interessant video om en strømsensor basert på en hallsensor

For å kunne automatisere ulike teknologiske prosesser, effektivt kontrollere instrumenter, enheter, maskiner og mekanismer, må du hele tiden måle og kontrollere mange parametere og fysiske mengder. Derfor har sensorer blitt en integrert del av automatiske systemer som gir informasjon om tilstanden til overvåkede enheter.

I hovedsak er hver sensor en integrert del av regulerings-, signalerings-, måle- og kontrollenheter. Ved hjelp av den konverteres en eller annen overvåket mengde til en bestemt type signal, som gjør det mulig å måle, behandle, registrere, overføre og lagre den mottatte informasjonen. I noen tilfeller kan sensoren påvirke de kontrollerte prosessene. Alle disse egenskapene er fullt besatt av strømsensoren som brukes i mange enheter og mikrokretser. Den konverterer virkningen av en elektrisk strøm til signaler som er praktiske for videre bruk.

Sensorklassifisering

Sensorer som brukes i ulike enheter er klassifisert i henhold til visse kriterier. Når det er mulig å måle inngangsmengder, kan de være: elektriske, pneumatiske, hastighetssensorer, mekaniske forskyvninger, trykk, akselerasjon, kraft, temperaturer og andre parametere. Blant dem er måling av elektriske og magnetiske størrelser omtrent 4%.

Hver sensor konverterer en inngangsverdi til en utgangsparameter. Avhengig av dette kan kontrollenheter være ikke-elektriske og elektriske.

Blant de sistnevnte er de vanligste:

• DC-sensorer
• AC amplitudesensorer
• Motstandssensorer og andre lignende enheter.

Den største fordelen med elektriske sensorer er muligheten til å overføre informasjon over bestemte avstander med høy hastighet. Bruk av en digital kode gir høy nøyaktighet, hastighet og økt følsomhet til måleinstrumenter.

Driftsprinsipp

I henhold til operasjonsprinsippet er alle sensorer delt inn i to hovedtyper. De kan være generatorbaserte - direkte konvertere inngangsmengder til et elektrisk signal. Parametriske sensorer er enheter som konverterer inngangsverdier til endrede elektriske parametere for selve sensoren. I tillegg kan de være reostatiske, ohmske, fotoelektriske eller optoelektroniske, kapasitive, induktive, etc.

Det stilles visse krav til driften av alle sensorer. I hver enhet må inngangs- og utgangsverdiene stå i direkte forhold til hverandre. Alle egenskaper skal være stabile over tid. Som regel er disse enhetene preget av høy følsomhet, liten størrelse og vekt. De kan fungere under en rekke forhold og installeres på en rekke måter.

Moderne strømsensorer

Strømsensorer er enheter som bestemmer styrken til like- eller vekselstrøm i elektriske kretser. Designet deres inkluderer en magnetisk krets med et gap og en kompensasjonsvikling, samt et elektronisk brett som behandler elektriske signaler. Hovedføleelementet er en Hall-sensor festet i gapet til den magnetiske kretsen og koblet til forsterkerinngangen.

Driftsprinsippet er generelt det samme for alle lignende enheter. Under påvirkning av den målte strømmen genereres et magnetfelt, deretter genereres den tilsvarende spenningen ved hjelp av en Hall-sensor. Videre forsterkes denne spenningen ved utgangen og påføres utgangsviklingen.

De viktigste typene strømsensorer:

Sensorer for direkte forsterkning (O / L).... De har liten størrelse og vekt, lavt strømforbruk. Utvalget av signalkonverteringer har blitt betydelig utvidet. Unngår tap i primærkretsen. Driften av enheten er basert på et magnetfelt som skaper en primærstrøm IP... Videre er det en konsentrasjon av magnetfeltet i den magnetiske kretsen og dens videre transformasjon av Hall-elementet i luftgapet. Signalet mottatt fra Hall-elementet forsterkes og en proporsjonal kopi av primærstrømmen dannes ved utgangen.

Strømsensorer (Eta)... De er preget av et bredt frekvensområde og et utvidet konverteringsområde. Fordelene med disse enhetene er lavt strømforbruk og lav ventetid. Driften av enheten støttes av en unipolar strømforsyning fra 0 til +5 volt. Driften av enheten er basert på en kombinert teknologi som bruker en kompensasjonstype og direkte forsterkning. Dette bidrar til en betydelig forbedring av sensorytelsen og mer balansert drift.

Kompenserende strømsensorer (C / L)... De har et bredt frekvensområde, høy nøyaktighet og lav latens. Denne typen instrument har ikke noe primært signaltap, utmerkede linearitetsegenskaper og lav temperaturdrift. Kompensasjon av magnetfeltet generert av primærstrømmen IP, oppstår på grunn av det samme feltet generert i sekundærviklingen. Den sekundære kompensasjonsstrømmen genereres av Hall-elementet og elektronikken til selve sensoren. Til syvende og sist er sekundærstrømmen en proporsjonal kopi av primærstrømmen.

Kompenserende strømsensorer (type C)... De utvilsomme fordelene med disse enhetene er et bredt frekvensområde, høy informasjonsnøyaktighet, utmerket linearitet og redusert temperaturdrift. I tillegg kan disse instrumentene måle differensialstrømmer (CD). De har høye isolasjonsnivåer og redusert innvirkning på primærsignalet. Strukturen består av to toroidale magnetiske kretser og to sekundærviklinger. Sensorene er basert på ampere-sving-kompensasjon. Lav strøm fra primærkretsen flyter gjennom primærmotstanden og primærviklingen.

PRIME strømsensorer... Et bredt dynamisk område brukes for AC-konvertering. Enheten er preget av god linearitet, lave temperaturtap og ingen magnetisk metning. Fordelen med designet er dens lille størrelse og vekt, høy motstand mot ulike typer overbelastning. Nøyaktigheten av avlesningene er uavhengig av hvordan kabelen er plassert i hullet og påvirkes ikke av ytre felt. Denne sensoren bruker ikke en tradisjonell åpen spole, men et følehode med sensor-kretskort. Hvert bord består av to separate luftkjernespoler. De er alle montert på en enkelt base PCB. Fra sensorkortene dannes to konsentriske kretser, ved utgangene som den induserte spenningen summeres. Som et resultat oppnås informasjon om parametrene til amplituden og fasen til den målte strømmen.

Strømsensorer (IT-type)... Har høy nøyaktighet, bred frekvensrespons, lav utgangsstøy, høy temperaturstabilitet og lav kryssforvrengning. Det er ingen Hall-elementer i utformingen av disse sensorene. Primærstrømmen skaper et magnetfelt, som ytterligere kompenseres av sekundærstrømmen. Ved utgangen er sekundærstrømmen en proporsjonal kopi av primærstrømmen.

Fordeler med strømsensorer i moderne kretser

IC-er basert på strømsensorer spiller en viktig rolle i energisparing. Dette tilrettelegges av lavt strøm- og energiforbruk. Integrerte kretser kombinerer alle nødvendige elektroniske komponenter. Egenskapene til enhetene er betydelig forbedret på grunn av felles drift av magnetfeltsensorer og all annen aktiv elektronikk.

Moderne strømsensorer bidrar til ytterligere nedbemanning ettersom all elektronikk er integrert i en enkelt felles brikke. Dette førte til nye innovative kompakte designløsninger, inkludert primærdekket. Hver nye strømsensor har økt isolasjonen og samhandler vellykket med andre typer elektroniske komponenter.

De nyeste sensordesignene gjør at de kan installeres i eksisterende installasjoner uten å koble fra primærlederen. De består av to deler og er avtakbare, noe som gjør det enkelt å installere disse delene på primærlederen uten noen frakoblinger.

For hver sensor er det en teknisk dokumentasjon, som gjenspeiler all nødvendig informasjon, som lar deg gjøre foreløpige beregninger og bestemme stedet for den mest optimale bruken.

Måling og overvåking av den flytende strømmen er et grunnleggende krav for et bredt spekter av bruksområder, inkludert overstrømsbeskyttelseskretser, ladere, vekslende strømforsyninger, programmerbare strømkilder, etc. En av de enkleste strømmålingsmetodene er å bruke en motstand med lav motstand, belastning og felles ledning, spenningsfallet over som er proporsjonalt med den flytende strømmen. Til tross for at denne metoden er veldig enkel å implementere, overlater målenøyaktigheten mye å være ønsket. shuntmotstanden er temperaturavhengig, som ikke er konstant. I tillegg tillater ikke denne metoden galvanisk isolasjon mellom belastningen og strømmåleren, noe som er svært viktig i applikasjoner hvor belastningen forsynes med høyspenning.

De største ulempene ved å måle strøm med en resistiv shunt er:

• lasten er ikke direkte koblet til bakken;
• ikke-linearitet av målinger på grunn av temperaturdriften til motstandsmotstanden;
• manglende galvanisk isolasjon mellom lasten og målekretsen.

I denne artikkelen vil vi vurdere den økonomiske og presisjonsintegrerte strømsensoren ACS712, dens operasjonsprinsipp basert på Hall-effekten, egenskaper og metode for tilkobling til en mikrokontroller for måling av likestrøm. Artikkelen er delt inn i to deler: den første er viet til enheten og egenskapene til sensoren, den andre - til grensesnittet med mikrokontrolleren og arbeid med sensoren.

ACS712-strømsensoren er basert på et prinsipp oppdaget i 1879 av Edwin Hall og oppkalt etter ham. Hall-effekten er som følger: hvis en leder med en strøm plasseres i et magnetfelt, vises en EMF ved kantene, rettet vinkelrett både mot strømmens retning og magnetfeltets retning. Effekten er illustrert i figur 2. En strøm I flyter gjennom en tynn plate av halvledermateriale kalt et Hall-element. I nærvær av et magnetfelt virker en Lorentz-kraft på de bevegelige ladningsbærerne (elektronene) og bøyer elektronenes bane. , som fører til en omfordeling av romladninger i Hall-elementet. Som et resultat, ved kantene av platen, parallelt med strømretningen, oppstår en EMF, kalt Hall EMF. Denne EMF er proporsjonal med vektorproduktet av induksjon B og strømtetthet I og har en typisk verdi i størrelsesorden flere mikrovolt.

ACS712 er tilgjengelig i en miniatyr overflatemontert 8-lednings SOIC-pakke (figur 3). Den består av en presisjon, lineær, lav-bias Hall-effektsensor og en kobberleder som løper langs overflaten av brikken for å fungere som en signalbane for strømmen (Figur 4). Strømmen som strømmer gjennom denne lederen skaper et magnetisk felt som oppfattes av Hall-elementet innebygd i krystallen. Styrken til magnetfeltet er lineært avhengig av den passerende strømmen. Den innebygde signalbehandlingen filtrerer spenningen som genereres av sensorelementet og forsterker den til et nivå som kan måles av mikrokontrollerens ADC.

Figur 5 viser pinouten til ACS712 og et typisk koblingsskjema. Pinne 1, 2 og 3,4 danner en ledende bane for den målte strømmen med en indre motstand i størrelsesorden 1,2 mΩ, noe som gir svært lave effekttap. Tykkelsen er valgt slik at enheten kan motstå en strømstyrke fem ganger den maksimalt tillatte verdien. Strømlederkontaktene er elektrisk isolert fra sensorterminalene (klemme 5 - 8). Designet isolasjonsstyrke er 2,1 kV rms.

I lavfrekvente applikasjoner er det ofte nødvendig å inkludere et enkelt RC-filter ved utgangen av enheten for å forbedre signal-til-støy-forholdet. ACS712 inneholder en intern motstand RF som kobler utgangen til den innebygde signalforsterkeren til inngangen til utgangsbufferen (se figur 6). En av pinnene til motstanden er tilgjengelig på pinne 6 på mikrokretsen, som den eksterne kondensatoren C F er koblet til. Det skal bemerkes at bruk av en filterkondensator vil øke stigetiden til sensorutgangen og derfor begrense båndbredden til inngangssignalet. Maksimal båndbredde er 80 kHz med en filterkondensator på null. Når kapasitansen C F øker, reduseres båndbredden. For å redusere støynivået under nominelle forhold, anbefales det å installere en 1 nF kondensator C F.

Følsomhet og utgangsspenning ACS712

Sensorens utgangsspenning er proporsjonal med strømmen som flyter gjennom den ledende banen (fra pinnene 1 og 2 til pinnene 3 og 4). Strømsensoren er tilgjengelig i tre versjoner for ulike måleområder:

• ± 5 A (ACS712-05B),
• ± 20 A (ACS712-20B),
• ± 30 A (ACS712-30A)

De tilsvarende følsomhetsnivåene er 185 mV/A, 100 mA/V og 66 mV/A. Med null strøm som flyter gjennom sensoren, er utgangsspenningen halvparten av forsyningsspenningen (Vcc / 2). Det skal bemerkes at utgangsspenningen ved null strøm og følsomheten til ACS712 er proporsjonal med forsyningsspenningen. Dette er spesielt nyttig når sensoren brukes sammen med en ADC.

Nøyaktigheten til enhver ADC avhenger av stabiliteten til spenningsreferansen. De fleste mikrokontroller-baserte kretser bruker forsyningsspenningen som referanse. Derfor, når forsyningsspenningen er ustabil, kan målingene ikke være nøyaktige. Imidlertid, hvis ACS712-sensorens forsyningsspenning brukes som ADC-referansespenning, vil utgangsspenningen kompensere for eventuelle ADC-feil forårsaket av fluktuasjoner i referansespenningen.

La oss vurdere denne situasjonen med et spesifikt eksempel. Anta at den vanlige kilden Vcc = 5,0 V brukes for ADC-referansespenningen og ACS712-sensorens strømforsyning. Ved null strøm gjennom sensoren vil dens utgangsspenning være Vcc / 2 = 2,5 V. Hvis ADC-en er 10-bit ( 0 ... 1023), så vil den konverterte utgangsspenningen sensoren tilsvare tallet 512. Anta nå at strømforsyningsspenningen på grunn av driften er satt til 4,5 V. Følgelig vil utgangen fra sensoren være 4,5 V / 2 = 2,25 V, men resultatet av konverteringen vil fortsatt være 512, siden referansespenningen ADC også falt til 4,5 V. På samme måte vil sensorfølsomheten reduseres med 4,5 / 5 = 0,9 ganger, og utgjøre 166,5 mV/A i stedet for 185 mV/A. Som du kan se, vil eventuelle fluktuasjoner i referansespenningen ikke være en feilkilde i A/D-konverteringen av ACS712-utgangsspenningen.

Figur 7 viser de nominelle overføringskarakteristikkene til ACS712-05B ved en forsyningsspenning på 5,0 V. Utgangsspenningsdrift over driftstemperaturområdet er minimert på grunn av innovativ stabiliseringsteknologi.