Senzor de curent cu efect Hall de casă. Convertizoarele de curent sunt soluția potrivită. Măsurarea curentului continuu

Măsurați curentul unei surse de înaltă tensiune? Sau curentul consumat de demarorul mașinii? Sau curent de la un generator eolian? Toate acestea se pot face fără contact folosind un singur cip.

Melexis face pasul următor în crearea de soluții verzi prin deschiderea de noi posibilități pentru detectarea curentului fără contact în aplicațiile de energie regenerabilă, vehicul electric hibrid (HEV) și vehicul electric (EV). MLX91206 este un senzor monolitic programabil bazat pe tehnologia Triaxis™ Hall. MLX91206 permite utilizatorului să construiască soluții tactile mici, rentabile, cu timpi de răspuns rapid. Cipul controlează direct curentul care curge într-un conductor extern, cum ar fi un bus sau o urmă pe o placă de circuit imprimat.

Senzorul de curent fără contact MLX91206 constă dintr-un circuit integrat CMOS Hall cu un strat subțire de structură feromagnetică pe suprafața sa. Un strat feromagnetic integrat (IMC) este utilizat ca concentrator de flux magnetic, oferind un câștig mare și un raport semnal-zgomot mai mare al senzorului. Senzorul este potrivit în special pentru măsurarea curentului DC și/sau AC de până la 90 kHz cu izolație ohmică, caracterizat prin pierderi de inserție foarte scăzute, timp de răspuns rapid, dimensiune mică a carcasei și ușurință de asamblare.

MLX91206 satisface cererea pentru aplicații electronice pe scară largă în industria auto, conversia energiei regenerabile (solare și eoliene), surse de alimentare, controlul motoarelor și protecție la suprasarcină.

Domenii de utilizare:

măsurarea consumului de curent în alimentarea cu baterie;
convertoare de energie solară;
invertoare auto în vehicule hibride etc.

MLX91206 are protecție la supratensiune și protecție la tensiune inversă și poate fi folosit ca senzor de curent autonom conectat direct la cablu.

MLX91206 măsoară curentul prin conversie camp magnetic, creat de curenții care trec printr-un conductor, într-o tensiune proporțională cu câmpul. MLX91206 nu are o limită superioară a nivelului de curent pe care îl poate măsura, deoarece nivelul de ieșire depinde de dimensiunea conductorului și de distanța de la senzor.

Trăsături distinctive:

senzor de curent programabil de mare viteză;
concentrator de câmp magnetic care asigură un raport semnal-zgomot ridicat;
protecție împotriva supratensiunii și inversării polarității;
componente fără plumb pentru lipire fără plumb, MSL3;
ieșire analogică rapidă (rezoluție DAC 12 biți);
comutator programabil;
ieșire termometru;
Ieșire PWM (rezoluție ADC 12 biți);
Număr ID pe 17 biți;
diagnosticare defectuoasă a căii;
timp de răspuns rapid;
lățime de bandă DC uriașă - 90 kHz.

Cum funcționează senzorul:

MLX91206 este un senzor monolitic realizat pe baza tehnologiei Sala Triais®. Tehnologia tradițională Hall plană este sensibilă la densitatea fluxului aplicată perpendicular pe suprafața IC. Senzorul de curent IMC-Hall ® este sensibil la densitatea fluxului aplicată paralel cu suprafața circuitului integrat. Acest lucru se realizează printr-un concentrator magnetic integrat (IMC-Hall®), care este aplicat pe cristalul CMOS. Senzorul de curent IMC-Hall ® poate fi utilizat în industria auto. Este un senzor cu efect Hall care oferă un semnal de ieșire proporțional cu densitatea fluxului aplicat orizontal și, prin urmare, este potrivit pentru măsurarea curentului. Este ideal ca senzor de curent în buclă deschisă pentru montarea PCB. Caracteristica de transfer a MLX91206 este programabilă (polarizare, câștig, niveluri de fixare, funcții de diagnosticare...). Ieșirea poate fi selectată între analog și PWM. Ieșirea analogică liniară este utilizată pentru aplicații care necesită răspuns rapid (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.

Măsoară curenți mici de până la ±2 A

Curenții mici pot fi măsurați cu MLX91206 prin creșterea câmpului magnetic printr-o bobină din jurul senzorului. Sensibilitatea (tensiunea de ieșire în comparație cu curentul bobinei) măsurării va depinde de dimensiunea bobinei și de numărul de spire. Sensibilitate suplimentară și sensibilitate redusă la câmpurile externe pot fi obținute prin adăugarea unui scut în jurul bobinei. Bobina asigură o izolație dielectrică foarte ridicată, făcând din MLX91206 o soluție potrivită pentru sursele de alimentare de înaltă tensiune cu curenți relativ mici. Ieșirea trebuie extinsă pentru a obține tensiunea maximă pentru curenți mari pentru a obține acuratețe și rezoluție maximă în măsurători.

Fig.1. Soluție de curent scăzut.

Curenți medii de până la ±30 A

Curenții în intervalul de până la 30 A pot fi măsurați folosind o singură urmă pe un PCB. La rutarea unui PCB, trebuie să se țină seama de curentul admisibil și de disiparea totală a puterii a urmării. Urmele de pe PCB trebuie să fie suficient de groase și suficient de largi pentru a gestiona continuu curentul mediu. Tensiunea diferenţială de ieşire pentru această configuraţie poate fi aproximată prin următoarea ecuaţie:

Vout = 35 mV/ * I

Pentru un curent de 30 A, ieșirea va fi de aproximativ 1050 mV.

Fig.2. Soluție pentru valori medii ale curentului.

Măsurarea curentului ridicat de până la ±600 A

O altă metodă de măsurare a curenților mari pe PCB-uri este de a folosi urme groase de cupru care pot transporta curent pe partea opusă a PCB-ului. MLX91206 ar trebui să fie situat aproape de centrul conductorului, totuși, deoarece conductorul este foarte larg, ieșirea este mai puțin sensibilă la plasarea pe placă. Această configurație are, de asemenea, o sensibilitate mai mică în funcție de distanță și lățimea conductorului.

Fig.3. Soluție pentru valori mari de curent.

Despre melexis

Înființată de peste zece ani, Melexis proiectează și produce produse pentru industria auto, oferind o varietate de senzori integrati, ASSP și produse VLSI. Soluțiile Melexis sunt extrem de fiabile și îndeplinesc standardele înalte de calitate cerute în aplicațiile auto.

Acest design s-a născut pentru că la un moment dat nu aveam acces la acele minunate microcircuite moderne care au fost special concepute pentru citirea tensiunii de la senzorii de curent. Aveam nevoie să creez un analog al unui astfel de microcircuit, cât se poate de simplu, dar nu mai puțin precis. După părerea mea, schema rezultată își descurcă destul de bine sarcina.

Senzor de curent pozitiv pe șină auto pe componente discrete.

Primul amplificator de curent de pe tranzistorul Q2 are un câștig de 6,2 (Figura 1). Pe Q1 este asamblat un amplificator de compensare termică, controlat de un microcircuit IC1B și menținând tensiunea colectorului Q1 la un nivel constant, indiferent de temperatura circuitului. Tensiunea de referință a circuitului este sursa de alimentare a sistemului de 5 V. Tensiunile prezentate în schema de circuit au fost măsurate într-un dispozitiv real.

Figura 1. Q1 și Q2 convertesc căderea de tensiune pe rezistorul de detectare a curentului R3 într-o tensiune de mod comun, potrivită cu nivelurile de intrare ADC ale microcontrolerelor.

IC1A amplifică diferența de tensiune între colectorii tranzistorilor Q1 și Q2. Câștigul amplificatorului operațional al acestuia este de 4,9. R3 este format din două rezistențe de suprafață stivuite una peste alta. Cu o tensiune de ieșire de 5 V, curentul maxim măsurat de circuit este de 25 A.

Două diode zener protejează circuitul de supratensiuni în rețeaua de bord a vehiculului. După cum știți, vârfurile de tensiune din acesta pot ajunge la 90 V. Dacă circuitul vă provoacă să criticați, selectați valorile R6 și R7 cu o răspândire minimă. Dacă considerați că acest lucru este insuficient, coordonați R1 și R4.

Nu am făcut așa ceva, dar funcționarea circuitului îmi este destul de satisfăcătoare. Designul folosește rezistențe de suprafață. Cu excepția lui R3, toate au dimensiunea 0805 și au o toleranță de 1%.

Nu uitați să alegeți fibră de sticlă cu folie de o grosime suficientă pentru placa de circuit imprimat și să faceți o cale conductivă largă, iar pentru R3 asigurați o conexiune cu două fire conform circuitului Kelvin. La un curent maxim de 25 A, acest circuit se încălzește foarte puțin.

Pentru a controla consumul de curent, înregistrați blocarea motorului sau dezactivarea de urgență a sistemului.

Lucrul cu tensiune înaltă este periculos pentru sănătate!

Atingerea șuruburilor și bornelor blocului de borne poate duce la electrocutare. Nu atingeți placa dacă este conectată la o rețea casnică. Pentru dispozitivul finit, utilizați o carcasă izolată.

Dacă nu știți cum să conectați senzorul la un aparat electric care funcționează dintr-o rețea comună de 220 V sau aveți îndoieli, opriți-vă: puteți porni un incendiu sau vă ucideți.

Trebuie să înțelegeți clar principiul de funcționare al dispozitivului și pericolele lucrului cu tensiune înaltă.

Recenzie video

Conexiune și configurare

Senzorul comunică cu electronica de control prin trei fire. Ieșirea senzorului este un semnal analogic. Când vă conectați la Arduino sau Iskra JS, este convenabil să utilizați Troyka Shield, iar pentru cei care doresc să scape de fire, Troyka Slot Shield este potrivit. De exemplu, să conectăm un cablu de la modul la un grup de contacte Troyka Shield legate de pinul analogic A0. Puteți folosi orice pin analogic în proiectul dvs.

Exemple de lucru

Pentru a face lucrul cu senzorul mai ușor, am scris biblioteca TroykaCurrent, care convertește valorile ieșirii analogice a senzorului în miliamperi. Descărcați și instalați-l pentru a repeta experimentele descrise mai jos.

Măsurarea curentului continuu

Pentru a măsura curentul continuu, conectăm senzorul la circuitul deschis dintre banda LED și sursa de alimentare. Să transmitem valoarea curentă a curentului continuu în miliamperi către portul serial.

CurrentDC.ino #include Serial.print("Actualul este "); Serial.print(sensorCurrent.readCurrentDC()); Serial.println("mA"); întârziere (100); )

Măsurarea curentului alternativ

Pentru a măsura curentul alternativ, conectăm senzorul la circuitul deschis dintre sursa de tensiune alternativă și sarcină. Să transmitem valoarea curentă a curentului alternativ în miliamperi către portul serial.

CurrentAC.ino // bibliotecă pentru lucrul cu un senzor de curent (modul Troyka)#include // creează un obiect care să lucreze cu senzorul curent // și transmiteți-i numărul pin al semnalului de ieșire ACS712 senzor Current(A0) ; void setup() ( // deschide portul serial Serial.begin(9600); ) bucla void() ( // indicatorii senzorului de ieșire pentru curent continuu Serial.print("Actualul este "); Serial.print(sensorCurrent.readCurrentAC()); Serial.println("mA"); întârziere (100); )

Elemente de bord

Senzor ACS712ELCTR-05B

Senzorul de curent ACS712ELCTR-05B se bazează pe efectul Hall, a cărui esență este următoarea: dacă un conductor cu curent este plasat într-un câmp magnetic, la marginile sale apare un EMF, îndreptat perpendicular pe direcția curentului și direcția câmpului magnetic.
Microcircuitul este compus structural dintr-un senzor Hall și un conductor de cupru. Curentul care trece prin conductorul de cupru creează un câmp magnetic, care este perceput de elementul Hall. Câmpul magnetic depinde liniar de puterea curentului.

Nivelul tensiunii de ieșire a senzorului este proporțional cu curentul măsurat. Interval de măsurare de la -5 A la 5 A. Sensibilitate - 185 mV/A. În absența curentului, tensiunea de ieșire va fi egală cu jumătate din tensiunea de alimentare.

Senzorul de curent este conectat la sarcina din circuitul deschis prin blocuri cu șuruburi. Pentru a măsura curentul continuu, conectați senzorul, ținând cont de direcțiile curentului, altfel veți obține valori cu semnul opus. Pentru curent alternativ, polaritatea nu contează.

Contacte pentru conectarea unei bucle cu trei fire

Modulul este conectat la electronica de control prin trei fire. Scopul contactelor bucle cu trei fire:

Putere (V) - fir roșu. Pe baza documentației, sursa de alimentare a senzorului este de 5 volți. Ca rezultat al testului, modulul funcționează la 3,3 volți.

Masa (G) - fir negru. Trebuie să fie conectat la masa microcontrolerului;

Semnal (S) - fir galben. Se conectează la intrarea analogică a microcontrolerului. Prin intermediul acestuia, placa de control citește semnalul de la senzor.

Pentru măsurarea curenților mari, de regulă, se utilizează o metodă fără contact - cleme speciale de curent. Clema de curent este un dispozitiv de măsurare care are un inel de alunecare care acoperă un fir electric, iar cantitatea de curent care curge este afișată pe indicatorul dispozitivului.

Superioritatea acestei metode este incontestabilă - pentru a măsura puterea curentului nu este nevoie să rupeți firul, ceea ce este deosebit de important atunci când se măsoară curenți mari. Acest articol descrie Clemă de curent DC, care sunt destul de posibil să le faci cu propriile mâini.

Descrierea designului clemelor de curent de casă

Pentru a asambla dispozitivul veți avea nevoie de un senzor Hall sensibil, de exemplu, UGN3503. Figura 1 prezintă dispozitivul unui clește de casă. Aveți nevoie, după cum am menționat deja, de un senzor Hall, precum și de un inel de ferită cu un diametru de 20 până la 25 mm și un „crocodil” mare, de exemplu, similar cu cel de pe firele pentru pornirea (iluminarea) unei mașini.

Inelul de ferită trebuie tăiat sau rupt cu precizie și exactitate în două jumătăți. Pentru a face acest lucru, inelul de ferită trebuie mai întâi umplut cu o pilă de diamant sau o pilă fiolă. Apoi, șlefuiți suprafețele fracturate cu șmirghel fin.

Pe o parte, lipiți o garnitură din hârtie de desen pe prima jumătate a inelului de ferită. Pe cealaltă parte, lipiți un senzor Hall pe cealaltă jumătate a inelului. Cel mai bine este să-l lipiți cu lipici epoxidic, trebuie doar să vă asigurați că senzorul Hall este în contact bun cu zona de fractură a inelului.

Următorul pas este să conectați ambele jumătăți ale inelului și să-l înfășurați cu un crocodil și să-l lipiți. Acum, când apăsați mânerele de crocodil, inelul de ferită va diverge.

Circuit electronic de cleme de curent

Schema electrică schematică a atașamentului multimetrului este prezentată în Figura 2. Când curentul trece printr-un fir electric, în jurul acestuia apare un câmp magnetic, iar senzorul Hall detectează liniile de alimentare care trec prin acesta și generează o tensiune constantă la ieșire.

Această tensiune este amplificată (prin putere) de amplificatorul operațional A1 și merge la bornele multimetrului. Raportul dintre tensiunea de ieșire și curentul care curge: 1 Ampere = 1 mVolt. Rezistențele de tuns R3 și R6 sunt multi-turn. Pentru a configura, aveți nevoie de o sursă de alimentare de laborator cu un curent de ieșire minim de aproximativ 3A și un ampermetru încorporat.

Mai întâi, conectați acest atașament la multimetru și setați-l la zero schimbând rezistența R3 și poziția de mijloc a lui R2. În continuare, înainte de orice măsurătoare va fi necesar să setați zero cu potențiometrul R2. Setați sursa de alimentare la tensiunea cea mai scăzută și conectați la ea o sarcină mare, de exemplu, o lampă electrică folosită la farurile mașinii. Apoi agățați „cleștii” pe unul dintre firele conectate la această lampă (Figura 1).

Creșteți tensiunea până când ampermetrul sursei de alimentare indică 2 amperi. Strângeți rezistența R6 astfel încât valoarea tensiunii multimetrului (în milivolți) să se potrivească cu datele de pe ampermetrul sursei de alimentare în amperi. Mai verificați citirile de câteva ori, schimbând puterea curentului. Folosind acest atașament este posibil să se măsoare curent până la 500A.