Гальванически изолированные датчики тока в схемах на МК
Для гальванической развязки датчиков тока от цепей МК чаще всего используют оптопары (обычные или специализированные) и микросхемы на основе эффекта Холла.
Основные проблемы при развязке датчиков тока через оптопары заключаются в нелинейности передаточной характеристики с входа на выход и в температурном «дрейфе» параметров. Из-за этого оптопары, как правило, применяются в пороговых, а не измерительных, схемах.
Бесконтактное измерение тока через датчики Холла даёт весьма точные и стабильные результаты. Однако стоимость у них выше и схемотехника сложнее, поскольку приходится ставить дополнительные усилители напряжения.
Технологические достижения последнего времени позволяют встраивать силовой проводник (или катушку индуктивности) внутрь интегральной микросхемы с датчиком Холла. Получается компактный узел, обеспечивающий надёжную развязку входной и выходной части, а также имеющий гарантированные и стабильные во времени параметры.
На Рис. 3.72, а…в приведены схемы гальванической развязки через оптопары, а на Рис. 3.73, а…в — через датчики Холла.
Рис. 3.72. Схемы гальванической изоляции датчиков тока при помощи оптопар:
а) детектор тока 0/12 мА на трёхвыводном стабилитроне VD2w оптопаре VU1. Наличие протекающего на входе тока визуально индицируется светодиодом HL1. Порог срабатывания задаётся резистором R1 и рассчитывается по формуле /п(мА1 = 1.24//?,[кОм1;
б) линейный датчиктока на специализированной оптопаре фирмы Clare, Её отличительная особенность заключается в линейности передаточной характеристики. Резистор /?/ставится при необходимости измерения больщих токов. Оптопара VU1 может быть обычной транзисторной, но тогда придётся программно откалибровать параметры тока по точкам для устранения нелинейности, а также подобрать резистор R2, чтобы напряжение на входе АЦП М К было близким к половине питания;
в) пороговый датчик наличия/отсутствия двухполярного тока в испытуемой цепи. При положительном направлении тока открывается оптопара VU1, при отрицательном — VU2, Резистор R1 шунтирует протекающий ток. Его сопротивление должно быть настолько низким, чтобы не превыщались максимально допустимые токи через диоды оптопар VU1, VU2.
Рис. 3.73. Схемы гальванической изоляции датчиков тока на микросхемах с эффектом Холла:
а) между выводами LIN, LOUT внутри датчика тока DA! (фирма LEM) размещается изолированная катущка индуктивности и рядом с ней — магниточувствительный элемент Холла. На выходе V0иТ формирует переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна протекающему через внутреннюю индуктивность току. Сигнал усиливается микросхемой DA2 и детектируется элементами VD1, С3\
б) между выводами IP-, IP+ внутри датчика тока DA1 (фирма Allegro MicroSystems) размещается изолированный силовой проводник и рядом с ним — магниточувствительный элемент Холла. Датчик рассчитан на протекание по проводнику больших токов, вплоть до 50 А;
в) проверка наличия/отсутствия тока, протекающего через катушку L/, при помощи магни- точувствительной микросхемы DA1. Катушка содержит 50 витков провода ПЭВ-1.0. Оптимальное положение датчика Холла /)/4/ относительно катушки L/ определяется экспериментально.
Источник
ACS712 датчики тока
Современные датчики тока подразделяются на следующие типы:
— резистивные датчики (токовые шунты);
— датчики тока на эффекте Холла;
— трансформаторы тока;
— волоконно-оптические датчики тока (ВОДТ) на эффекте Фарадея;
— пояс Роговского;
— токовые клещи
Каждый обладает своими достоинствами и недостатками, которые и ограничивают сферу его применения.
| Токоизмерительные резисторы | Трансформаторы тока | Датчики Холла | |
| Измеряемый ток | Постоянный | Переменный | Постоянный и переменный |
| Диапазон измеряемого тока | До 20 А | До 1000А | До 1000А |
| Погрешность измерений | 1% | 5% | 10% |
| Гальваническая развязка | нет | есть | есть |
| Вносимые потери | есть | есть | Нет |
| Частотный диапазон | 100 кГц | 50/60/400 Гц | 200 кГц |
| Относительная стоимость | низкая | высокая | средняя |
| Требуют внешний источник питания | нет | нет | да |
Главным недостатком резистивного датчика тока является необходимость подключать датчик непосредственно в цепь измерения. Главным недостатком трансформатора тока является измерение только переменных токов промышленной частоты. Датчик тока на основе эффекта Холла обладает рядом преимуществ, которые заключаются в возможности измерения как постоянных, так и переменных токов, и малых размерах. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности, широкий диапазон частот. Недостатком является необходимость внешнего источника питания и зависимость от температуры.
Датчики тока Allegro Microsystems
Компания Allegro Microsystems специализируется на разработке и производстве аналого-цифровых силовых микросхем и датчиков тока на основе эффекта Холла. Для диапазона 5-200 А предлагаются интеллектуальные микросхемы, а для диапазона до 1000 А и выше – линейные микросхемы с дистанционным измерением тока. Датчики работают в расширенном диапазоне температур, что позволяет использовать их в жестких условиях эксплуатации.
Основными областями применения являются системы автомобильной и силовой электроники, промышленная автоматика, аппаратура общего применения.
Принцип работы
Датчики состоят из очень точного линейного датчика Холла, интегрированного на кристалл микросхемы, и медного проводника, размещенного близко к кристаллу. Электрический ток, протекая через проводник, создает магнитное поле, которое фиксируется датчиком Холла и преобразуется в напряжение, пропорциональное значению входного тока.
Корпуса датчиков
Для производства датчиков на 5-200 А применяется flip chip технология, которая предоставляет ряд значительных преимуществ для разработчика:
— повышенная чувствительность, датчик Холла расположен очень близко к проводнику тока
— высокая гальваническая изоляция, до 3600 В rms в течение 60 секунд
— низкое сопротивление первичной цепи, менее 1 мОм, снижение потерь мощности
— стандартные корпуса для поверхностного монтажа.
Датчики на диапазон 50-200 А выпускаются в корпусе собственной разработки – СВ. Этот корпус включает медный проводник и аналоговый датчик Холла и позволяет измерять постоянный ток до 200 А и импульсный до 1200 А. Датчики калибруются при производстве, выдерживают напряжение пробоя до 4800 В rms в течение 60 секунд, обеспечивают изоляцию до 700 В и усиленную изоляцию до 4500 В. Сопротивление проводника составляет 100 мОм, поэтому микросхемы имеют сверхнизкую потерю мощности при измерении максимального тока.
Термокомпенсация
В датчиках тока используется запатентованная технология цифровой термокомпенсации, которая позволяет значительно улучшить как погрешность чувствительности и выходного напряжения в рабочей точке. Оба параметра измеряются на этапе финального тестирования в двух режимах: при комнатной температуре и при 85…150°С. Эти данные хранятся в EEPROM памяти. В результате датчики Allegro имеют суммарную погрешность ±1% в диапазоне 25…150°С. Такая калибровка на последней стадии производства устраняет необходимость в температурной калибровке после монтажа на печатную плату.
Применение датчиков тока в электроприводе
Датчики тока Allegro могут применяться в нескольких узлах электропривода благодаря наличию гальванической развязки и хорошим параметрам скорости dV/dt.
Они могу использоваться для измерения постоянного тока шины (1), тока фазы (2) или на тока нижнего уровня.
Гальваническая изоляция позволяет использовать датчики Allegro для измерения тока фазы двигателя напрямую. Это упрощает блок управления и уменьшает шумы. Датчики ACS710, ACS711 и ACS716 имеют выходы ошибки, которые можно использовать для обнаружения короткого замыкания или других явлений, вызванных высоким током.
Основные датчики тока для электропривода:
| ACS710 | Датчик тока 5В, 120 кГц с выходом ошибки, изоляция 3 кВ |
| ACS716 | Датчик тока 3,3В, 120 кГц с выходом ошибки, изоляция 3 кВ |
| ACS722 | Датчик тока 3,3В, 80 кГц с термокомпенсацией |
| ACS723 | Датчик тока 5В, 80 кГц с термокомпенсацией |
| ACS726 | Датчик тока с дифференциальным выходом с термокомпенсацией |
| ACS711 | Датчик тока эконом-класса для измерения выходного тока плеча |
Датчики тока в усилителях мощности
Правильное управление усилителем мощности в базовой станции или портативном радиоприемнике – основа для правильного компромисса между выходной мощностью и КПД.
Ток смещения – это ключевой параметр для контроля на большинстве выходных каскадов, поэтому компания Allegro предлагает несколько датчиков тока для решения данной задачи.
Преимущества датчиков тока Allegro
— возможность измерения постоянного тока, переменного тока и их комбинаций;
— малые потери энергии и, как следствие, малое выделение тепла, уменьшенные габариты и возможность контролировать большие токи;
— встроенная гальваническая развязка
Высокая точность, гальваническая изоляция измерительной схемы, термостабильность и малые габариты делают датчики хорошим решением для применения в преобразовательной технике, бытовой, автомобильной и промышленной электронике.
Источник
Использование датчика тока ACS712. Часть 1 — Теория
Allegro ACS712
Измерение и контроль протекающего тока являются принципиальным требованием для широкого круга приложений, включая схемы защиты от перегрузки по току, зарядные устройства, импульсные источники питания, программируемые источники тока и пр. Один из простейших методов измерения тока –использование резистора с малым сопротивлением, – шунта между нагрузкой и общим проводом, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Несмотря на то, что данный метод очень прост в реализации, точность измерений оставляет желать лучшего, т.к. сопротивление шунта зависит от температуры, которая не является постоянной. Кроме того, такой метод не позволяет организовать гальваническую развязку между нагрузкой и измерителем тока, что очень важно в приложениях, где нагрузка питается высоким напряжением.
