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 je konštrukčne zložený 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 pomocou skrutkových blokov. Na meranie jednosmerného prúdu pripojte snímač, berúc do úvahy smery prúdu, inak získate 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 trojvodičových slučkových kontaktov:

Napájanie (V) - červený vodič. Na základe dokumentácie je napájanie snímača 5 voltov. Výsledkom testu je, že modul pracuje s napätím 3,3 V.

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

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

Na usporiadanie napájania pre garáž je veľmi vhodné poznať prúd, ktorý spotrebúva jedno alebo druhé zariadenie pripojené k tejto sieti. Sortiment týchto zariadení je pomerne široký a neustále sa zvyšuje: vŕtačka, brúska, brúska, ohrievače, zváračky, nabíjačky, priemyselné fény a mnoho ďalšieho….

Na meranie striedavého prúdu, ako je známe, sa ako skutočný snímač prúdu zvyčajne používa prúdový transformátor. Tento transformátor je vo všeobecnosti podobný bežnému znižovaciemu transformátoru, zapnutý naopak, t.j. jeho primárne vinutie je jeden alebo niekoľko závitov (alebo zbernica) prechádzajúcich jadrom - magnetickým obvodom a sekundárne vinutie je cievka s veľkým počtom závitov tenkého drôtu, umiestnená na rovnakom magnetickom obvode (obr. 1) .

Priemyselné transformátory prúdu sú však dosť drahé, objemné a často navrhnuté na meranie stoviek ampérov. Prúdový transformátor navrhnutý pre rozsah domácej siete sa zriedka nachádza v predaji. Z tohto dôvodu sa zrodila myšlienka použiť na tento účel elektromagnetické jednosmerné/striedavé relé bez akéhokoľvek použitia kontaktnej skupiny takéhoto relé. V skutočnosti každé relé už obsahuje cievku s veľkým počtom závitov tenkého drôtu a jediné, čo je potrebné zmeniť na transformátor, je zabezpečiť, aby bol okolo cievky magnetický obvod s minimom vzduchových medzier. . Okrem toho si samozrejme takáto konštrukcia vyžaduje dostatok miesta na prechod primárneho vinutia, ktoré predstavuje vstupnú sieť.Na obrázku je takýto snímač vyrobený z relé typu RES22 na 24 V DC. Toto relé obsahuje cievku s odporom približne 650 ohmov. S najväčšou pravdepodobnosťou mnohé iné typy relé, vrátane zvyškov chybných magnetických štartérov atď., Môžu nájsť podobné aplikácie. Pre zaistenie magnetického obvodu je kotva relé mechanicky blokovaná v maximálnej blízkosti jadra. Zdá sa, že relé je neustále v prevádzke. Ďalej sa okolo cievky urobí otočenie primárneho vinutia (na obrázku je to trojitý modrý drôt).

V skutočnosti je v tomto bode snímač prúdu pripravený, bez zbytočného zmätku s navíjaním drôtu na cievku. Samozrejme, toto zariadenie je ťažké považovať za plnohodnotný transformátor kvôli malej ploche prierezu novo získaného magnetického obvodu a možno kvôli rozdielu v jeho magnetizačných charakteristikách od ideálneho. To všetko sa však ukazuje ako menej dôležité vzhľadom na skutočnosť, že výkon takéhoto „transformátora“, ktorý potrebujeme, je minimálny a je potrebný iba na zabezpečenie proporcionálnej (pokiaľ možno lineárnej) odchýlky číselníka magnetoelektrického systému v závislosti od prúd v primárnom vinutí.

Možná schéma párovania prúdového snímača s takýmto indikátorom je znázornená na schéme (obr. 2). Je to celkom jednoduché a pripomína obvod prijímača detektora. Usmerňovacia dióda (D9B) je germánium a bola zvolená kvôli malému poklesu napätia na nej (asi 0,3 V). Minimálna prahová hodnota prúdu, ktorú tento snímač dokáže zistiť, bude závisieť od tohto parametra diódy. V tomto smere je lepšie použiť takzvané detektorové diódy s nízkym úbytkom napätia, napríklad GD507 a podobne. Dvojica kremíkových diód KD521V je inštalovaná na ochranu ukazovacieho zariadenia pred preťažením, čo je možné pri výrazných prúdových rázoch spôsobených napríklad skratom v sieti, alebo zapnutím výkonných transformátorov alebo zváračky. V takýchto prípadoch je to veľmi bežná technika. Je potrebné poznamenať, že takýto jednoduchý obvod má nevýhodu v tom, že absolútne nemusí „vidieť“ záťaž vo forme prúdu jednej polarity, ako je ohrievač alebo vykurovací článok pripojený cez usmerňovaciu diódu. V týchto prípadoch sa používa trochu „komplikované“ zapojenie napríklad v podobe usmerňovača s dvojnásobným napätím (obr. 3).

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

Melexis robí ďalší krok vo vytváraní ekologických riešení tým, že otvára nové možnosti pre bezkontaktné snímanie 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 vytvárať malé, cenovo výhodné dotykové riešenia s rýchlymi časmi odozvy. Čip priamo riadi prúd tečúci vo vonkajšom vodiči, ako je zbernica alebo stopa na doske s plošnými spojmi.

Bezkontaktný prúdový snímač MLX91206 pozostáva z CMOS Hall integrovaného obvodu s tenkou vrstvou feromagnetickej štruktúry na svojom povrchu. Integrovaná feromagnetická vrstva (IMC) sa používa ako koncentrátor magnetického toku, ktorý poskytuje vysoký zisk 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 krytu a jednoduchou montážou.

MLX91206 spĺňa požiadavky na rozšírené elektronické aplikácie v automobilovom priemysle, konverziu obnoviteľnej energie (slnečná a veterná), napájacie zdroje, riadenie motora a ochranu proti preťaženiu.

Oblasti použitia:

• meranie spotreby prúdu v batériovom napájaní;
• 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 na kábel.

MLX91206 meria prúd premenou magnetického poľa vytvoreného prúdmi pretekajúcimi cez vodič na napätie, ktoré je úmerné poľu. MLX91206 nemá hornú hranicu úrovne prúdu, ktorú môže merať, 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 bit);
• programovateľný spínač;
• výstup teplomeru;
• PWM výstup (ADC rozlíšenie 12 bitov);
• 17-bitové identifikačné číslo;
• chybná diagnostika trate;
• rýchly čas odozvy;
• obrovská šírka pásma jednosmerného prúdu - 90 kHz.

Ako funguje senzor:

MLX91206 je monolitický snímač vyrobený na báze technológie 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 integrovaného obvodu. To je dosiahnuté pomocou integrovaného magnetického koncentrátora (IMC-Hall®), ktorý je aplikovaný na kryštál CMOS. Prúdový snímač IMC-Hall ® je možné použiť v automobilovom priemysle. Ide o snímač Hallovho efektu, ktorý poskytuje výstupný signál úmerný horizontálne aplikovanej hustote toku, a preto je vhodný na meranie prúdu. Je ideálny ako prúdový snímač s otvorenou slučkou pre montáž na PCB. Prenosová charakteristika MLX91206 je programovateľná (bias, zosilnenie, upínacie úrovne, 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.

Meria malé prúdy do ±2 A

Malé prúdy je možné merať pomocou MLX91206 zvýšením magnetického poľa cez cievku okolo senzora. Citlivosť (výstupné napätie v porovnaní s prúdom cievky) merania bude závisieť od veľkosti cievky a počtu závitov. Dodatočnú citlivosť a zníženú citlivosť 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 musí byť rozšírený, aby sa získalo maximálne napätie pre vysoké prúdy, aby sa dosiahla maximálna presnosť a rozlíšenie pri meraniach.

Obr.1. Nízkoprúdové riešenie.

Priemerné prúdy do ±30 A

Pomocou jednej stopy na DPS je možné merať prúdy v rozsahu do 30 A. Pri smerovaní DPS je potrebné vziať do úvahy prúdovú toleranciu a celkový stratový výkon stopy. Stopy na DPS 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 vysokého prúdu až do ±600 A

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

Obr.3. Riešenie pre veľké hodnoty prúdu.

O melexii

Spoločnosť Melexis, založená viac ako desať rokov, navrhuje a vyrába produkty pre automobilový priemysel a ponúka množstvo integrovaných senzorov, ASSP a VLSI produktov. 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 sa výsledná schéma celkom dobre vyrovná so svojou úlohou.

Automobilový kladný snímač prúdu na koľajniciach na diskrétnych komponentoch.

Prvý prúdový zosilňovač na tranzistore Q2 má zosilnenie 6,2 (obrázok 1). Zosilňovač tepelnej kompenzácie je zostavený na Q1, riadený mikroobvodom IC1B a udržiavaním kolektorového napätia Q1 na konštantnej úrovni, bez ohľadu na teplotu obvodu. Referenčné napätie obvodu je systémový zdroj 5 V. Napätia uvedené v schéme zapojenia boli namerané v reálnom zariadení.

Obrázok 1. Q1 a Q2 konvertujú úbytok napätia na rezistore snímania prúdu R3 na napätie v bežnom režime prispôsobené vstupným úrovniam ADC mikrokontrolérov.

IC1A zosilňuje rozdiel napätia na kolektoroch tranzistorov Q1 a Q2. Zosilnenie 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 v palubnej sieti vozidla. Ako viete, napäťové špičky v ňom môžu dosiahnuť 90 V. Ak vás obvod provokuje ku kritike, vyberte hodnoty R6 a R7 s minimálnym rozptylom. Ak to považujete za nedostatočné, koordinujte R1 a R4.

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

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