Podomácky vyrobený prúdový senzor na Hallovom efekte. Súčasné meniče sú tým správnym riešením. Meranie jednosmerného prúdu

Zmerať prúd vysokonapäťového napájacieho zdroja? Alebo prúd odoberaný štartérom auta? Alebo prúd z veterného generátora? To všetko je možné vykonať bezkontaktne pomocou jediného čipu.

Melexis robí ďalší krok v udržateľných riešeniach otváraním nových možností pre bezkontaktné meranie prúdu v aplikáciách obnoviteľnej energie, hybridných elektrických vozidiel (HEV) a elektrických vozidiel (EV). MLX91206 je programovateľný monolitický snímač založený na technológii Triaxis™ Hall. MLX91206 umožňuje používateľovi zostavovať malé a cenovo efektívne riešenia snímačov s rýchlou odozvou. Čip priamo riadi prúd tečúci vo vonkajšom vodiči, ako je prípojnica alebo dráha PCB.

Bezkontaktný prúdový snímač MLX91206 pozostáva z CMOS Hall IC s tenkou vrstvou feromagnetickej štruktúry na svojom povrchu. Integrovaná feromagnetická vrstva (IMC) sa používa ako koncentrátor magnetického toku, ktorý poskytuje vysoký zisk toku a vyšší pomer signálu k šumu snímača. Snímač je vhodný najmä na meranie jednosmerného a/alebo striedavého prúdu do 90 kHz s ohmickou izoláciou, vyznačuje sa veľmi nízkou vložnou stratou, rýchlou dobou odozvy, malou veľkosťou balenia a jednoduchou montážou.

MLX91206 uspokojuje dopyt po širokom použití elektroniky v automobilovom priemysle, konverzii obnoviteľnej energie (slnečná a veterná), napájacích zdrojoch, riadení motora a ochrane proti preťaženiu.

Oblasti použitia:

meranie spotrebovaného prúdu v napájaní batérie;
konvertory solárnej energie;
automobilové meniče v hybridných vozidlách atď.

MLX91206 má prepäťovú ochranu a ochranu proti spätnému napätiu a môže byť použitý ako samostatný prúdový snímač pripojený priamo ku káblu.

MLX91206 meria prúd premenou magnetického poľa vytvoreného prúdmi pretekajúcimi cez vodič na napätie, ktoré je úmerné poľu. MLX91206 nemá hornú hranicu nameranej úrovne prúdu, pretože výstupná úroveň závisí od veľkosti vodiča a vzdialenosti od snímača.

Charakteristické rysy:

programovateľný vysokorýchlostný prúdový snímač;
koncentrátor magnetického poľa poskytujúci vysoký pomer signálu k šumu;
ochrana proti prepätiu a prepólovaniu;
bezolovnaté komponenty na bezolovnaté spájkovanie, MSL3;
rýchly analógový výstup (rozlíšenie DAC 12 bitov);
programovateľný spínač;
výstup teplomeru;
PWM výstup (ADC rozlíšenie 12 bitov);
17-bitové identifikačné číslo;
diagnostika chybnej koľaje;
rýchly čas odozvy;
obrovská šírka pásma jednosmerného prúdu - 90 kHz.

Ako funguje senzor:

MLX91206 je monolitický snímač založený na technológii Hala Triais®. Tradičná planárna Hallova technológia je citlivá na hustotu toku aplikovanú kolmo na povrch IC. Prúdový snímač IMC-Hall ® je citlivý na hustotu toku aplikovaného paralelne s povrchom IC. Toto je dosiahnuté integrovaným magnetickým koncentrátorom (IMC-Hall ®), ktorý je aplikovaný na CMOS čip. Prúdový snímač IMC-Hall ® je možné použiť v automobilovom priemysle. Ide o snímač Hallovho javu, ktorý poskytuje výstupný signál úmerný hustote horizontálneho toku a je teda vhodný na meranie prúdu. Je ideálny ako prúdový snímač s otvorenou slučkou pre montáž na PCB. Prenosová charakteristika MLX91206 je programovateľná (offset, zosilnenie, úrovne klieští, diagnostické funkcie...). Výstup je voliteľný medzi analógovým a PWM. Lineárny analógový výstup sa používa pre aplikácie vyžadujúce rýchlu odozvu (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.

Meranie malých prúdov do ±2 A

Malé prúdy je možné merať pomocou MLX91206 zvýšením magnetického poľa cez cievku okolo snímača. Citlivosť (výstupné napätie verzus prúd cievky) merania bude závisieť od veľkosti cievky a počtu závitov. Dodatočnú citlivosť a znecitlivenie na vonkajšie polia možno dosiahnuť pridaním štítu okolo cievky. Cievka poskytuje veľmi vysokú dielektrickú izoláciu, vďaka čomu je MLX91206 vhodným riešením pre vysokonapäťové napájacie zdroje s relatívne nízkymi prúdmi. Výstup sa musí rozšíriť, aby sa získalo maximálne napätie pre vysoké prúdy, aby sa dosiahla maximálna presnosť merania a rozlíšenie.

Obr.1. Riešenie pre nízky prúd.

Priemerné prúdy do ±30 A

Jediným vodičom umiestneným na DPS je možné merať prúdy do 30 A. Pri trasovaní DPS treba brať do úvahy prípustný prúd a celkový stratový výkon stopy. Dráhy na doske plošných spojov musia byť dostatočne hrubé a dostatočne široké, aby nepretržite zvládali priemerný prúd. Diferenciálne výstupné napätie pre túto konfiguráciu možno aproximovať nasledujúcou rovnicou:

Vout = 35 mV / * I

Pri prúde 30 A bude výstup približne 1050 mV.

Obr.2. Riešenie pre priemerné hodnoty prúdu.

Meranie vysokých prúdov do ±600 A

Ďalšou metódou na meranie vysokých prúdov na doskách plošných spojov je použitie hrubých medených stôp schopných prenášať prúd na opačnej strane plošných spojov. MLX91206 by mal byť umiestnený blízko stredu stopy, ale keďže je stopa veľmi široká, výstup je menej citlivý na umiestnenie dosky. Táto konfigurácia má tiež menšiu citlivosť v závislosti od vzdialenosti a šírky vodiča.

Obr.3. Riešenie pre vysoké prúdy.

O melexii

Spoločnosť Melexis, založená viac ako desať rokov, navrhuje a vyrába produkty pre automobilový priemysel a ponúka množstvo integrovaných senzorov, ASSP a VLSI. Riešenia Melexis sú mimoriadne spoľahlivé a spĺňajú vysoké štandardy kvality požadované v automobilových aplikáciách.

Tento dizajn sa zrodil, pretože som kedysi nemal prístup k tým nádherným moderným mikroobvodom, ktoré boli špeciálne navrhnuté na čítanie napätia z prúdových snímačov. Potreboval som vytvoriť analóg takého mikroobvodu, čo najjednoduchší, ale nie menej presný. Podľa môjho názoru výsledná schéma celkom zvládne svoju úlohu.

Automobilový kladný snímač prúdu na koľajnici založený na diskrétnych komponentoch.

Prvý prúdový zosilňovač na tranzistore Q2 má zosilnenie 6,2 (obrázok 1). Zosilňovač tepelnej kompenzácie je zostavený na Q1, riadený čipom IC1B a udržiavaním kolektorového napätia Q1 na konštantnej úrovni, bez ohľadu na teplotu obvodu. Obvod používa ako referenčné napätie systémové napájacie napätie 5 V. Napätia zobrazené v obvode boli namerané v skutočnom zariadení.

Obrázok 1. Q1 a Q2 konvertujú úbytok napätia na rezistore R3 so snímaním prúdu na bežné napätie zodpovedajúce vstupným úrovniam ADC mikrokontrolérov.

IC1A zosilňuje rozdiel napätia na kolektoroch tranzistorov Q1 a Q2. Zisk operačného zosilňovača je 4,9. R3 je tvorený dvomi rezistormi pre povrchovú montáž naskladaných na sebe. Pri výstupnom napätí 5 V je maximálny prúd nameraný obvodom 25 A.

Dve zenerove diódy chránia obvod pred napäťovými rázmi palubnej siete automobilu. Ako viete, napäťové špičky v ňom môžu dosiahnuť 90 V. Ak vás obvod vyprovokoval ku kritickým poznámkam, vyberte hodnoty R6 a R7 s minimálnym rozptylom. Ak to považujete za nedostatočné, dohodnite sa na R1 a R4.

Nič také som nerobil, ale chod okruhu mi celkom vyhovuje. Konštrukcia využíva odpory na povrchovú montáž. S výnimkou R3 majú všetky veľkosť 0805 a toleranciu 1%.

Nezabudnite si vybrať sklolaminát s fóliou dostatočnej hrúbky pre vašu dosku plošných spojov a urobiť širokú vodivú dráhu a pre R3 zabezpečiť dvojvodičové Kelvinovo pripojenie. Pri maximálnom prúde 25 A sa tento okruh zohrieva veľmi málo.

Ak chcete regulovať spotrebu prúdu, opravte blokovanie motorov alebo núdzové odpojenie systému.

Práca s vysokým napätím je zdraviu nebezpečná!

Dotyk skrutiek svorkovnice a ich svoriek môže spôsobiť úraz elektrickým prúdom. Nedotýkajte sa dosky, ak je pripojená k domácej sieti. Pre hotové zariadenie použite izolované puzdro.

Ak neviete, ako pripojiť snímač k elektrickému spotrebiču napájanému z bežnej siete 220 V alebo máte pochybnosti, prestaňte: môžete založiť oheň alebo sa zabiť.

Musíte jasne pochopiť princíp fungovania zariadenia a nebezpečenstvo práce s vysokým napätím.

Video recenzia

Pripojenie a nastavenie

Snímač komunikuje s riadiacou elektronikou cez tri vodiče. Výstupom snímača je analógový signál. Pri pripojení na Arduino alebo Iskra JS je vhodné použiť Troyka Shield a pre tých, ktorí sa chcú zbaviť drôtov, je vhodný Troyka Slot Shield. Napríklad pripojte kábel z modulu k skupine kontaktov Troyka Shield súvisiacich s analógovým kolíkom A0. Vo svojom projekte môžete použiť akékoľvek analógové kolíky.

Príklady práce

Na uľahčenie práce so snímačom sme vytvorili knižnicu TroykaCurrent, ktorá prevádza analógové výstupné hodnoty snímača na miliampéry. Stiahnite si a nainštalujte ho, aby ste zopakovali experimenty popísané nižšie.

Meranie jednosmerného prúdu

Ak chcete merať jednosmerný prúd, pripojte snímač k otvorenému obvodu medzi pásikom LED a napájaním. Poďme na výstup aktuálnej hodnoty jednosmerného prúdu v miliampéroch na sériový port.

CurrentDC.ino #include Serial.print("Aktuálne je " ) ; Serial.print (sensorCurrent.readCurrentDC () ) ; Serial.println("mA"); oneskorenie(100) ; )

Meranie striedavého prúdu

Na meranie striedavého prúdu pripojíme snímač na otvorený obvod medzi zdroj striedavého napätia a záťaž. Poďme na výstup aktuálnej hodnoty striedavého prúdu v miliampéroch na sériový port.

CurrentAC.ino // knižnica pre prácu so snímačom prúdu (modul Troyka)#include // vytvorte objekt na prácu s aktuálnym senzorom // a odovzdajte mu číslo pinu výstupného signálu ACS712 snímač Prúd(A0) ; void setup()( // otvorenie sériového portu Serial.begin(9600) ; ) void loop() ( // zobrazenie hodnôt snímača pre jednosmerný prúd Serial.print("Aktuálne je " ) ; Serial.print (sensorCurrent.readCurrentAC () ) ; Serial.println("mA"); oneskorenie(100) ; )

Prvky dosky

Senzor ACS712ELCTR-05B

Prúdový snímač ACS712ELCTR-05B je založený na Hallovom jave, ktorého podstata je nasledovná: ak je vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli, na jeho okrajoch sa objaví EMF, nasmerovaný kolmo na smer prúdu a smer magnetického poľa.
Mikroobvod štrukturálne pozostáva z Hallovho snímača a medeného vodiča. Prúd pretekajúci medeným vodičom vytvára magnetické pole, ktoré vníma Hallov prvok. Magnetické pole závisí lineárne od intenzity prúdu.

Úroveň výstupného napätia snímača je úmerná meranému prúdu. Rozsah merania od −5 A do 5 A. Citlivosť - 185 mV/A. Pri absencii prúdu sa výstupné napätie bude rovnať polovici napájacieho napätia.

Prúdový snímač je pripojený k záťaži v otvorenom okruhu cez podložky pod skrutkou. Na meranie jednosmerného prúdu pripojte snímač, berúc do úvahy smery prúdu, inak dostanete hodnoty s opačným znamienkom. Pre striedavý prúd nezáleží na polarite.

Kontakty na pripojenie trojvodičovej slučky

Modul je pripojený k riadiacej elektronike pomocou troch vodičov. Účel kontaktov trojvodičovej slučky:

Napájanie (V) - červený vodič. Na základe dokumentácie je snímač napájaný 5V. Výsledkom testu je, že modul funguje aj od 3,3 voltov.

Zem (G) - čierny drôt. Musí byť pripojený k zemi mikrokontroléra;

Signál (S) - žltý vodič. Pripojené k analógovému vstupu mikrokontroléra. Prostredníctvom neho riadiaca doska číta signál zo snímača.

Na meranie vysokých prúdov sa spravidla používa bezkontaktná metóda - so špeciálnymi prúdovými svorkami. Prúdové svorky - merací prístroj, ktorý má posuvný krúžok, ktorý prekrýva elektrický vodič a indikátor prístroja zobrazuje hodnotu pretekajúceho prúdu.

Prednosť tejto metódy je nesporná - na meranie sily prúdu nie je potrebné prerušovať drôt, čo je obzvlášť dôležité pri meraní vysokých prúdov. Tento článok popisuje Jednosmerná prúdová svorka, čo je celkom možné urobiť vlastnými rukami.

Popis konštrukcie domácich prúdových svoriek

Na zostavenie zariadenia budete potrebovať citlivý Hallov senzor, napríklad UGN3503. Obrázok 1 zobrazuje podomácky vyrobené kliešte. Ako už bolo spomenuté, je potrebný Hallov senzor, feritový krúžok s priemerom 20 až 25 mm a napríklad veľký „krokodíl“, podobne ako vodiče na štartovanie (osvetlenie) auta.

Feritový krúžok musí byť presne a presne rozrezaný alebo rozlomený na 2 polovice. Aby ste to dosiahli, feritový krúžok sa musí najskôr nabrúsiť diamantovým pilníkom alebo ampulkovým pilníkom. Ďalej prebrúste lomové plochy jemným brúsnym papierom.

Na jednej strane na prvú polovicu feritového krúžku prilepte tesnenie z výkresového papiera. Na druhú stranu nalepte Hallov senzor na druhú polovicu krúžku. Najlepšie je lepiť epoxidovým lepidlom, len treba dbať na to, aby Hallov snímač dobre priliehal k zóne zlomu krúžku.

Ďalším krokom je spojiť obe polovice prsteňa a omotať ho „krokodílom“ a prilepiť. Teraz, keď stlačíte krokodílie rukoväte, feritový krúžok sa rozíde.

Elektronika svorky

Schéma zapojenia nástavca k multimetru je znázornená na obrázku 2. Keď prúd preteká drôtom, okolo neho sa objaví magnetické pole a Hallov snímač zachytáva siločiary, ktoré ním prechádzajú a generuje určité konštantné napätie na výstupe.

Toto napätie je zosilnené (výkonovo) OU A1 a ide na svorky multimetra. Pomer výstupného napätia z pretekajúceho prúdu: 1 Ampér = 1 mV. Trimre rezistory R3 a R6 sú viacotáčkové. Na konfiguráciu potrebujete laboratórny zdroj s minimálnym výstupným prúdom asi 3A a vstavaný ampérmeter.

Najprv pripojte túto predponu k multimetru a nastavte ju na nulu zmenou odporu R3 a strednej polohy R2. Ďalej pred akýmkoľvek meraním bude potrebné nastaviť nulu pomocou potenciometra R2. Nastavte napájací zdroj na najnižšie napätie a pripojte k nemu veľkú záťaž, napríklad elektrickú lampu používanú vo svetlometoch automobilov. Potom na jeden z drôtov pripojených k tejto lampe zaveste „kliešte“ (obrázok 1).

Zvyšujte napätie, kým ampérmeter napájacieho zdroja neukáže 2 ampéry. Utiahnite odpor R6 tak, aby sa hodnota napätia multimetra (v milivoltoch) zhodovala s údajmi ampérmetra napájacieho zdroja v ampéroch. Skontrolujte hodnoty ešte niekoľkokrát zmenou intenzity prúdu. S týmto nástavcom je možné merať prúd až do 500A.