Датчик тока с ключом

IR3312

Регулируемый силовой ключ с датчиком тока

Отличительные особенности:

• Сопротивление открытого канала не более – 22 мОм
• Напряжение питания – 6–28В
• Коэффициент передачи тока – 2600
• Порог отключения при перегрузке – 3–30А
• Порог срабатывания активного прерывателя – 35 В
• Обратная связь по току нагрузки
• Регулируемое отключение при перегрузке
• Активный прерыватель
• Защита от статического электричества
• Напряжение на входе измеряется относительно напряжения питания
• Защита от перегрева
• Защита от переполюсовки

Область применения:

• автомобильные преобразователи напряжения постоянного тока
• прочие преобразователи с повышенными требованиями к защите

Расположение выводов IR3312:

IR3312 – это ПОЛНОСТЬЮ ЗАЩИЩЕННЫЙ 4-выводный силовой ключ «верхнего» каскада для преобразователей напряжения с непосредственной связью. Входной сигнал сравнивается с Vcс. Когда входное напряжение Vcc–Vin больше, чем указанный порог Vih, выходной силовой МОП транзистор открывается. Когда напряжение Vcc–Vin становится ниже указанного порога Vil, транзистор закрывается. Ток датчика берется с вывода lfb и пропорционален току через выходной транзистор. Отключение по перегрузке срабатывает, когда Vfb–Vin > 4,5 В. Порог отключения по току задается выбором соответствующего значения Rlfb. Как токовая, так и температурная защиты отключают выходной ключ. Устройство сбрасывается подачей на вход высокого уровня. Прочие встроенные защиты (защита от статики, переполюсовки, перенапряжения) делают микросхему IR3312 очень живучей и хорошо подходящей для автомобильной электроники.

Источник

Датчики тока 513

Датчики тока – устройства, предназначенные для определения силы переменного или постоянного тока в электрических цепях.

Состоят такие устройства из магнитопровода с зазором и компенсационной обмотки, датчика Холла и электронной платы обработки электрических сигналов. Датчик Холла выступает в роли магниточувствительного элемента, который закрепляется в зазоре магнитопровода и соединяется с входом усилителя.

Принцип действия: измеряемый ток создаёт магнитное поле, датчик Холла вырабатывает соответствующее напряжение, усиливаемое на выходе и подаваемое на выходную обмотку.

Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Алматы, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Владимир, Волгоград, Вологда, Воронеж, Гомель, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Липецк, Минск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Орёл, Пенза, Пермь, Псков, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Саранск, Саратов, Смоленск, Ставрополь, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Уфа, Чебоксары, Челябинск, Ярославль.
Доставка в пункты выдачи заказов Pickpoint, OZON, Boxberry, DPD, CDEK, «Связной», а также Почтой России в следующие города: Тольятти, Иркутск, Хабаровск, Владивосток, Махачкала, Оренбург, Новокузнецк, Чебоксары, Калининград, Улан-Удэ, Сочи, Брянск, Сургут, Нижний Тагил, Чита, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Тамбов, Петрозаводск, Нижневартовск, Новороссийск, Йошкар-Ола и еще в более чем 1000 городов и населенных пунктов по всей России.

Товары из группы «Датчики тока» вы можете купить оптом и в розницу.

Источник

Мастерство коммутации: интеллектуальные ключи компании STM

Для электронных устройств такое, казалось бы, обыденное действие, как включение-выключение внешнего узла или прибора, порождает ряд проблем:

• уровни напряжений у управляющего и управляемого устройства могут не совпадать;
• желательно изолировать управляющее устройство от управляемого;
• как правило, уровни мощности управляющего и управляемого сигнала сильно различаются.

Решение данных проблем — в применении некоторого устройства, которое бы по подаче определенного сигнала разрешало бы включение или выключение управляемого устройства.

Различные устройства автоматики можно встретить практически везде — от лампочки в подъезде, загорающейся при нашем появлении, и стеклоподъемника в любимой машине до роботизированных производств. В каждом из этих устройств можно выделить две основные части — управляющую, отвечающую за логику работы, и исполнительную, прямо или косвенно выполняющую требуемые действия. Связующим звеном между ними являются реле, основное назначение которых — обеспечение автоматического включения-выключения определенного узла (другого устройства) или подача/прерывание тока в нагрузке. При этом, ток, протекающий в цепи управления, может быть крайне мал по сравнению с управляемым током, и управляющие входы чаще всего имеют гальваническую развязку. Для управления силовым устройством в таком случае не надо требовать от управляющей схемы высоких выходных токов или напряжений, способности работать с высокими напряжениями напрямую.

В настоящее время сфера применения реле очень широка:

В зависимости от типа нагрузки, ее мощности и назначения обычно выделяют следующие типы реле:

Коммутация — механика или полупроводники?

На этапе становления вычислительных машин главенствующую роль играли электромеханические реле. Сейчас можно выделить электромеханические и твердотельные реле. Первые имеют в своем составе управляемый магнитным полем подвижный контакт, замыкающий нужные группы контактов при подаче управляющего напряжения на катушку. Вторые не имеют подвижных частей и основаны на работе в ключевых режимах биполярных или полевых транзисторов, а для переменного тока — симисторов или тиристоров с оптической или диэлектрической изоляцией.

В последнее время часть внешних диагностических схем, таких как обнаружение короткого замыкания, защита от перегрева, обнаружение обрыва нагрузки, интегрируются в твердотельный ключ. Получившийся прибор носит название интеллектуального ключа. Конечно, технологии изготовления подобных приборов сложнее, чем обычных твердотельных ключей, но они позволяют разработчику сэкономить площадь печатной платы, добавить конечному устройству новую функциональность, повысить надежность работы и уменьшить время нахождения неисправности.

Несмотря на давность технологии, электромагнитные реле до сих пор занимают свое место на рынке. Рассмотрим основные параметры, влияющие на выбор того или иного типа реле для конкретного приложения.

Влияние электромагнитных помех и внешних полей. Вследствие своей конструкции, электромагнитные реле более чувствительны к внешним полям, особенно к магнитным, и перекрестным помехам. Это влечет за собой необходимость экранирования реле, соблюдения минимальных интервалов между ними на печатной плате.

Электромагнитные реле являются весьма мощными источниками импульсных помех, особенно по линиям питания, из-за наличия индуктивной катушки. К тому же при переключении создается акустический шум плюс дребезг контактов (справедливости ради следует сказать, что в ряде конструкций реле дребезг контактов практически отсутствует). Твердотельные реле лишены этих недостатков, более того, многие приборы, предназначенные для цепей переменного тока, могут включаться или выключаться в момент перехода напряжения через ноль.

По сравнению с твердотельными реле, электромагнитные менее устойчивы к вибрационным и ударным нагрузкам, особенно это касается реле, рассчитанных на переключение небольших токов.

Еще один подводный камень при использовании электромагнитных реле заключается в сложности монтажа их на печатную плату — для плат с компонентами преимущественно поверхностного монтажа (SMD) для большинства реле необходимо предусматривать установочные отверстия и монтировать их отдельно от SMD-компонентов. Не для всех типов реле допустимы температуры и времена пайки, предусмотренные технологическими процессами, характерными для SMD-элементов.

Напряжения изоляции управляющей цепи от силовой или сигнальной для электромагнитных и твердотельных реле можно считать в основном одинаковыми. Критичным является старение изоляции с течением времени.

Самой большой проблемой электромагнитных реле является износ контактов вследствие окисления, воздействия повышенных температур, искровых разрядов. В эту же категорию можно отнести износ механических частей типа подвижных соединений, пружин и контактных пластин. Твердотельные реле в плане износа тоже не без греха — здесь идет речь о деградации полупроводниковой структуры вследствие перегрева, ухудшении светоотдачи излучающих диодов, прозрачности изоляционного слоя, падение чувствительности фотодатчиков на силовой части прибора. Но процессы старения для полупроводниковых приборов идут гораздо медленнее, чем для электромеханических реле при одинаковых параметрах приборов и режимов эксплуатации — сроки службы могут отличаться в единицы, а то и в десятки раз.

Положительным свойством электромагнитных ключей можно считать меньшее удельное сопротивление проводящего канала, существенно меньшую его частотную и температурную зависимость, особенно в области сверхвысоких частот. Также в области СВЧ-сигналов электромагнитные реле отличает лучшее подавление сигнала при отключении нагрузки или одного из сигнальных каналов.

Основная часть стоимости электромагнитных реле приходится на материалы подвижных частей и токопроводящие контакты, а эксплуатационные расходы определяются частотой замены вышедших из строя реле. Для увеличения срока службы подвижных частей электромагнитных реле возможно применение слоистых металлических материалов, полученных методами специальной металлообработки (например, для упругих частей применение пластин, полученных в результате сварки взрывом, существенно увеличивает стабильность коэффициента упругости во времени и при работе под нагрузкой) — но данное решение применимо разве что для силовых реле, да и в этом случае повышает затраты на производство. Для защиты медных токопроводящих контактов от эрозии и окисления применяют напыление драгоценных (серебро, золото, палладий) или редкоземельных (чаще всего бериллий) металлов, цены на которые практически стабильно возрастают. Альтернативой могут стать интерметаллидные соединения меди или серебра на контактах, имеющие большую стойкость к высоким температурам, окислению и механическому износу, но на данный момент это не снимает сильной зависимости от цен на драгоценные металлы. Производство твердотельных реле имеет существенно меньшую потребность в драгоценных металлах и на протяжении многих последних лет показывает общую тенденцию к снижению себестоимости изделий.

Немаловажным фактором эксплуатации реле любого типа является его собственное энергопотребление — включение/выключение, поддержание определенного состояния, токи утечки. Как правило для твердотельных реле этот показатель в несколько раз ниже, чем для электромагнитных.

В современной аппаратуре реле работают чаще всего в паре с какими-либо логическими устройствами, выполняющими функции управления, следовательно необходимо согласование выходов логики (ТТЛ или КМОП) с управляющими входами реле.

В электромагнитных реле, как правило, для включения катушки применяется схема транзисторного ключа, выполненная на биполярном или полевом транзисторе с защитным диодом, и на силовых контактах реле устанавливается фильтрующая цепочка (это особенно важно при работе с индуктивными нагрузками). Твердотельные реле в зависимости от типа из дополнительных элементов могут потребовать установки резистора или оптопары.

Лучшая ситуация имеет место для элементов с открытыми коллекторами или стоками, но даже и для них рекомендуется устанавливать защитные диоды (встроенных диодов защиты от перенапряжения может не хватить при возникновении импульса обратной полярности). Также для защиты от перегрузок в момент переключения во многих типах электромагнитных реле требуется подключение дополнительных дискретных элементов.

Сравнение реле по ряду параметров приведено в таблице 1 (представлена весьма усредненная оценка, лучшим вариантом является сравнение для конкретных областей применения).

Таблица 1. Сравнение некоторых параметров различных видов реле

К преимуществам твердотельных реле интеллектуальные добавляют ряд своих:

• автоматическое отключение при токовой или тепловой перегрузке;
• автоматическое определение обрыва нагрузки (потеря земли).

Для того чтобы иметь возможность отслеживать состояние реле (ключа) или нагрузки, для предупреждения нештатных ситуаций или для аварийного отключения как для электромагнитных, так и для простых твердотельных ключей требуются дополнительные узлы или элементы схем (рисунок 1).

Рис. 1. Структурная схема примерного набора элементов при эксплуатации силового ключа

В то время как в интеллектуальных ключах имеет место полная интеграция управляющей логики, схем защиты и диагностики, а это снижение затрат и на компоненты, и на разработку (рисунок 2).

Рис. 2. Структурная схема взаимодействия интеллектуального силового ключа и управляющей логики

Кроме функций аварийного отключения интеллектуальные ключи позволяют отслеживать состояние нагрузки через диагностический выход — осуществляется отображение аварийных ситуаций, мониторинг тока нагрузки. Контролирующее устройство получает обратную связь, что позволяет оптимизировать алгоритмы работы, появляется возможность организовать функции самодиагностики устройства в целом и отдельных его узлов, оперативно обнаруживать, локализовать и диагностировать неисправности оборудования или датчиков.

Типичные области применения интеллектуальных ключей на сегодняшний день включают в себя:

• программируемые логические контроллеры;
• программируемые системы управления;
• работа с периферийными устройствами;
• текстильные станки;
• электропечи;
• системы безопасности и предупреждения;
• торговые автоматы;
• роботы;
• устройства домашней автоматики.

Интеллектуальные ключи STMicroelectronics

STMicroelectronics выпускает интеллектуальные ключи, выполненные по биполярной, VIPower или Multipower BCD технологиям, с функциями диагностики состояния нагрузки, способные работать с любым типом нагрузки в широком температурном диапазоне (от -40 до 150°С) [1].

Основные интеллектуальные диагностические функции, реализованные практически во всех ключах STMicroelectronics 4, включают следующие:

• защита от перенапряжений и короткого замыкания нагрузки (как правило, при коротком замыкании отключение ключа происходит при перегреве проводящего канала);
• быстрое размагничивание индуктивной нагрузки;
• отключение нагрузки при перегрузке по напряжению или при перегреве;
• соответствие требованиям EMC- IEC 61000-4-4, IEC 61000-4-5, IEC 61000-4-6.

Дополнительно ряд продуктов имеют возможности обнаружения критического падения напряжения питания, обрыва нагрузки. Для ряда многоканальных ключей возможно их параллельное соединение для повышения допустимого протекающего тока. При этом последующее включение после аварийного отключения при перегреве происходит поочередно.

Применение для мощных ключей корпусов с высокой тепловой емкостью рассеяния типа PowerSO-36, PowerSSO24 и PowerSSO12 позволяет эффективно рассеивать излишнюю мощность, выделяемую при переключении индуктивной или емкостной нагрузок даже при отсутствии внешнего гасящего диода [1, 2].

Типовая структура интеллектуального ключа, выполненного по технологии VIPower или Multipower BCD (количество входных линий, ключей и диагностических выходов может быть разным в зависимости от конкретной серии, типичное количество 1, 2, 4 или 8) представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Структура интеллектуального силового ключа

Примерная структура аналогичного прибора на биполярной технологии показана на рисунке 4.

Рис. 4. Структура биполярного интеллектуального силового ключа

Основные характеристики интеллектуальных силовых ключей компании STMicroelectronics представлены в таблице 2 [1, 3, 5-9].

Таблица 2. Характеристики интеллектуальных силовых ключей STMicroelectronics

Основная часть продаж интеллектуальных ключей STMicroelectronics падает на ключи, выполненные по технологии VIPower серии VNxxx. Отличительные черты данной серии — низкое сопротивление открытого ключа, множество диагностических возможностей, наличие многоканальных решений. Серия VNxxx является активно развивающейся, основными направлениями развития можно считать повышение уровня интеграции (появление новых диагностических возможностей и дополнительной функциональности), снижение собственного энергопотребления. Так в серии VNI4140 потребляемый ток снижен по сравнению с серией VN340 на 40% при появившихся возможностях отслеживать перегрев корпуса микросхемы и при наличии диагностического сигнала по каждому из четырех каналах.

Серия VN340 [3, 8] представляет собой четырехканальный интеллектуальный верхний ключ с функциями отключения при перегрузке по току, защитой от короткого замыкания и отрыва нагрузки (потеря земли). Каждый из каналов ключа управляется своей линией. При этом вход управления совмещается с диагностическим выходом соответствующего канала и автоматически переводится в низкий уровень при обнаружении перегрева проводящего канала ключа. Диагностический выход с открытым стоком индицирует перегрев микросхемы. Благодаря совмещению входов управления и выходов состояния прибор размещается в компактном корпусе PowerSO-10 (аналогичный вариант есть и у ключа VNQ860). Ориентирован на управления резистивной и индуктивной нагрузкой.

Типовая схема подключения VN340 представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Типовая схема подключения VN340

Такому подключению соответствуют следующие состояния ключа (таблица 3).

Таблица 3. Таблица состояния функционирующего ключа VN340

В ключах новых серий VNI2140, VNI4140 входы управления и диагностические выходы каналов выведены на разные ножки микросхемы.

Для работы с промышленными датчиками STMicroelectronics предлагаются ИСК серий TDE1707, TDE1708, совместимые с любыми индуктивными, емкостными, ультразвуковыми или оптическими датчиками. Данные ключи можно применять в конфигурации верхнего или нижнего драйвера в трехпроводных сетях сбора данных систем автоматизации.

L6360, L6362 — трансиверы для промышленных сетей (мастер и конечное устройство, соответственно). Данные микросхемы позволяют работать с разнотипными промышленными датчиками без специализированных кабелей. Помимо передачи данных L6360, L6362 позволяют использовать такой функционал, заложенный в большинстве современных датчиков, как удаленная настройка, проверка функциональности, диагностика и мониторинг состояния, также они могут быть интегрированы и в устаревшие системы [1].

Интеллектуальные силовые ключи
для высоконадежных применений

Для данного сегмента рынка компанией предлагаются интеллектуальные ключи, выполненные по технологии VIPower M0-3, VIPower M0-5, обладающие высокой степенью защиты от нештатных режимов работы (короткие замыкания, перегрев). В данный класс продукции попадают одно-, двух-, четырехканальные ключи, выполненные в различном корпусном исполнении [2-4, 9].

Приборы, изготовленные по технологии M0-5, охватывают, в частности, всевозможные типы нагрузок, встречающиеся в автомобиле — фары ближнего/дальнего света, индикаторы, и т.п. Устройства, выполненные по данному стандарту, оснащаются также цифровым диагностическим индикатором или аналоговым датчиком тока. Помимо прочего, стандарт M0-5 Enhanced допускает значительную нагрузку благодаря большему ограничению по току, ограничение мощности при коротких замыканиях на землю или перегрузке, а также обнаружение отрыва нагрузки (потеря земли) и замыкания на шину питания в выключенном состоянии ключа (в версии стандарта M0-5 Enhanced M не реализуется).

Основные возможности интеллектуальных высоконадежных силовых ключей STMicroelectronics (таблицы 4, 5):

• управление пусковым током путем ограничения мощности;
• малый ток потребления в дежурном режиме (

2мкА);

малые токи утечки;

КМОП-совместимые входные линии (даже для КМОП-устройств с напряжением питания 3В);

низкий электромагнитный шум.

Таблица 4. Характеристики интеллектуальных верхних силовых ключей STMicroelectronics

Таблица 5. Характеристики интеллектуальных нижних силовых ключей STMicroelectronics

• выключение при критическом падении питания;
• защита от перегрузок по напряжению питания;
• ограничение тока нагрузки;
• ограничение тока при быстрых перегревах;
• защита от потери земли или питания нагрузки;
• автоматическое отключение при перегреве с последующим восстановлением;
• электростатическая защита;
• защита от переполюсовки напряжения питания.

Помимо этого доступны следующие диагностические функции, позволяющие оперативно определить состояние самого ключа и режим работы нагрузки:

• токовый выход, пропорциональный току в нагрузке;
• высокая точность определения тока в нагрузке в широком диапазоне токов;
• сигнализация обрыва нагрузки;
• индикация отключения нагрузки при перегреве;
• определение короткого замыкания на землю.

Так интеллектуальный драйвер верхнего ключа по технологии VIPower M0-3 VN750 [9] способен работать с любым типом нагрузки, активная встроенная защита позволяет не бояться пиков напряжения обратной полярности, активное ограничение тока комбинируется с функцией отключения при перегреве проводящего канала с автоматическим перезапуском. VN750 может определять такие нештатные ситуации, как отрыв нагрузки (как во включенном, так и в выключенном состоянии ключа), короткие замыкания на шину питания в выключенном состоянии, автоматически отключается при потере земли. Устройство имеет малое собственное потребление — порядка 2 мА в активном состоянии («включено») и 10 мкА в выключенном. Для подключения VN750 требуется минимум внешних элементов (рисунок 6).

Рис. 6. Структурная схема подключения VN750

Ключи, построенные по технологии VIPower M0-5, имеют встроенную функцию контроля мощности, названную Power Limitation, которая закрывает силовой транзистор, когда его температура резко возрастает. Это позволяет снизить скорость деградации полупроводниковой структуры. Дополнительная защита обеспечивается двумя порогами ограничения тока — в нормальной ситуации ток ограничен некоторым значением I_limH, но при срабатывании отключения нагрузки при перегреве пороговое значение понижается до величины I_limL для уменьшения температурного стресса при постоянной высокой нагрузке.

• автоматизированное управление нагрузкой любого типа.
• управление питанием;
• дверные замки, стеклоподъемники;
• функции подогрева;
• распределительные коробки;
• регулировка положения;
• системы климат-контроля;
• предпусковой подогрев в дизельных двигателях;

Интеллектуальный программируемый мультиплексор (программируемый драйвер верхних ключей, сопроцессор управления ключами) L99PD08 (рис. 7) также является частью линейки силовых ключей для ответственных применений, изготовленных по технологии VIPower M0-5 [2].

Рис. 7. Структурная схема интеллектуального мультиплексора ключей LD99PD08

Его основными особенностями являются:

• возможность параллельного управления и отслеживания состояния до восьми верхних ключей типа M0-5, M0-5E;
• стандартный SPI-интерфейс с управляющим микроконтроллером;
• генерация ШИМ-сигналов- восемь независимых каналов с программируемым фазовым сдвигом.

Диагностические возможности включают в себя синхронное получение детальной информации о состоянии каналов, программируемые пороги срабатывания, мультиплексирование аналоговых выходов датчиков. Также имеется защита от системного сбоя в виде сторожевого таймера, программируемое отключение в зависимости от температуры.

Применение сопроцессора L99PD08 в системе управления ключами позволяет снизить загрузку управляющего контроллера примерно на 25%, количество необходимых для работы с ним линий ввода-вывода — всего девять.

Заключение

Интеллектуальные ключи и драйверы ключей STMicroelectronics представляют собой гармоничные решения для самых разнообразных приложений при минимальном количестве внешних элементов. Разнообразие корпусов приборов позволяет даже для одного типа ключа подобрать оптимальный корпус для заданной максимальной нагрузки и условий работы прибора (чаще всего можно обойтись без внешнего радиатора).

По мощностным параметрам и набору диагностических функций интеллектуальные ключи STMicroelectronics не уступают аналогичной продукции таких компаний как Infineon и International Rectifier, а благодаря различным технологиям изготовления ключей (биполярная, VIPower или Multipower BCD) возможно построение сложных систем на элементной базе компании STMicro, что, конечно же, выгодно с точки зрения закупок элементов при больших партиях.

Ключи STMicroelectronics хорошо интегрируются в системы управления с контроллерами любого типа и производителя. Дополнительно имеются примеры программ для микроконтроллеров STM. Интересным решением является выпуск интеллектуального управляемого мультиплексора L99PD08, позволяющего существенно снизить загрузку управляющего контроллера для систем автоматизации с многочисленными нагрузками.

Литература

1. Intelligent power switches

2. VIPowerTM M0-5: the smart power device.

3. VND5004B: dual 4 mΩ smart high side switch

4. V. Graziano — L. Guarrasi — A. Pavlin VIPower: HIGH SIDE DRIVERS FOR AUTOMOTIVE//

5. TDE1737 Interface circuit — relay and lamp-driver

6. Designing Industrial Applications with VN808/VN340SP High-side Drivers

7. A single chip octal high-side driver for process control

8. VN340SP-E Quad high side smart Power solid state relay

Источник