Новые датчики тока с гальванической развязкой от компании allegro

Новые датчики тока с гальванической развязкой от компании Allegro

Компания Allegro MicroSystems, LLC представила новую ИС датчика тока, которая является экономическим и точным решением для AC токового считывания в промышленных, коммерческих и коммуникационных системах.

ACS726 компании Allegro является первой ИС датчика тока, включающей полностью дифференциальный внутренний усилитель, который может использоваться для регулировки коэффициента усиления и полосы пропускания через внешние RC фильтры.

Внутренний усилитель полностью независим и во время режимов простоя с него снимается напряжение питания, что приводит к общему снижению энергопотребления. Полностью дифференциальный выход микросхемы обеспечивает улучшенную помехоустойчивость на выходе при отклонении характеристик, а также при синфазном шуме.

Корпус ИС обеспечивает легкость установки для пользователя. Типичные применения включают блоки управления двигателем, контроль и управление нагрузкой, импульсные источники питания и блоки защиты от токовых перегрузок.

ИС состоит из точного, с низким смещением, линейного датчика Холла с медной токопроводящей дорожкой, расположенной вблизи поверхности кристалла.

Прилагаемый ток, протекающий через эту медную токопроводящую дорожку, генерирует магнитное поле, которое распознается интегрированным датчиком Холла и преобразуется в соответствующее напряжение. Точность ИС оптимизирована благодаря непосредственной близости магнитного поля к преобразователю Холла.

Точное пропорциональное напряжение обеспечивается блоком BiCMOS ИС Холла с низким смещением и стабилизированным преобразователем, который запрограммирован на точное измерение сразу после упаковки в корпус.

Выход микросхемы имеет положительное дифференциальное напряжение (VOUTP – VOUTN), когда увеличивающийся ток протекает через первичную медную токопроводящую дорожку (от выводов с 1 по 6, к выводам с 7 по 12), которая является цепочкой, используемой для токового считывания. Внутреннее сопротивление этой проводящей дорожки составляет обычно 1.1 мΩ, что обеспечивает низкую потерю мощности.

Выводы токопроводящей дорожки электрически изолированы от сигнальных выводов ИС датчика (выводы с 13 по 24). Это позволяет использовать ИС датчика тока ACS726 в устройствах с чувствительностью по току на высокой стороне без использования дифференциальных усилителей на высокой стороне или других дорогих изолирующих техник.

Датчик ACS726 изготавливается в малом, низкопрофильном корпусе QSOP-24 для поверхностного монтажа (суффикс LF). Выводная рамка покрыта 100% сплавом олова, который совместим со стандартными без свинцовыми процессами сборки печатных плат.

Внутри ИС не имеет свинца, кроме жаростойких шариков пайки на основе свинца для монтажа методом перевернутого кристалла, и в настоящее время не учитывает RoHS (Правила ограничения содержания вредных веществ).

Датчик, кроме BAE, полностью откалиброван перед отправкой с завода.

Даташит

Источник новости

Источник: http://cxem.net/electronic_news/electronic_news342.php

Allegro дополнила семейство датчиков тока двумя новыми широкополосными приборами

» Новости » Датчики · Измерения

02-01-2018

Allegro » ACS732, ACS733

Микросхемы датчиков тока с полосой рабочих частотой 1 МГц и электрической прочностью изоляции 3600 В с.к.з.

Существующее семейство датчиков тока Allegro MicroSystems пополнилось двумя широкополосными приборами нового поколения. Компактные, быстрые и точные микросхемы ACS732 и ACS733 являются идеальным решением для измерения высокочастотных токов в DC/DC преобразователях и других импульсных силовых приложениях.

Это первые приборы Allegro, способные измерять ток с частотой до 1 МГц и имеющие электрическую прочность изоляции 3600 В с.к.з. В основанных на эффекте Холла микросхемах датчиков реализована программируемая пользователем функция обнаружения перегрузки по току.

Это делает их идеальными для измерения тока обмоток силовых высокочастотных трансформаторов и замены трансформаторов тока в высоковольтных приложениях.

Микросхемы ACS732 и ACS733 подходят для всех рынков, в том числе для автомобильных, промышленных, коммерческих и коммуникационных систем.

Приборы могут использоваться в приводах электродвигателей, устройствах контроля различных нагрузок, импульсных источниках питания, а также в приложениях защиты от токовых перегрузок.

Для обеспечения высокой точности измерений во всем диапазоне рабочих температур приборы проходят полный цикл калибровки на заводе Allegro.

Полностью интегрированные устройства в широком корпусе SOIC-16 имеют медную токоизмерительную шину с типовым сопротивлением 1 мОм, снижающую потери мощности, сокращающую количество необходимых компонентов и, в конечном счете, упрощающую использование датчиков.

Протекая по шине, измеряемый ток создает магнитное поле, которое воспринимается микросхемой и преобразуется в пропорциональное напряжение. Для устранения влияния внешних синфазных магнитных полей в приборе используется дифференциальный метод измерения.

Выводы 1-8, предназначенные для протекания измеряемого тока, электрически изолированы от выводов датчика 9-16.

Это позволяет измерять токи в приложениях верхнего плеча без использования специальных дифференциальных усилителей, изоляторов или других дорогостоящих методов гальванической развязки.

Микросхемы ACS732 и ACS733 выпускаются в компактных низкопрофильных широких корпусах SOIC-16, предназначенных для поверхностного монтажа. Приборы не содержат свинца, их выводная рамка покрыта 100% матовым оловом (при наличии в маркировке суффикса Т).

Источник: https://www.rlocman.ru/news/new.html?di=463485

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: http://nauchebe.net/2011/04/galvanicheski-izolirovannye-datchiki-toka-v-sxemax-na-mk/

Allegro MicroSystems объявила о выпуске новых высокоточных датчиков тока

Датчик разработан для схем измерения тока, требующих повышенной точности и гальванической развязки

Allegro MicroSystems объявила о выходе двух новых датчиков, предназначенных для измерения биполярного тока ±5 А или однонаправленного тока 10 А в приборах с малым потреблением, требующих большего размаха выходного напряжения при меньшем токе.

Микросхемы ACS722 и ACS723 обеспечивают экономичное и высокоточное решение для измерения постоянного или переменного тока в промышленных, коммерческих и телекоммуникационных системах.

Миниатюрный корпус можно разместить в любом устройстве с ограниченным объемом и, дополнительно, снизить стоимость за счет уменьшения размера печатной платы.

Типовые применения включают управление двигателями, определение наличия нагрузки и ее регулирование, измерение токов в импульсных источниках питания и организацию цепей защиты от перегрузки по току. (Следует подчеркнуть, что эти устройства не предназначены для использования в автомобильных приложениях).

Новые устройства состоят из схемы точного линейного датчика Холла с малым смещением и медного проводящего канала, расположенного вблизи поверхности кристалла.

Приложенный ток, протекая через этот канал, генерирует магнитное поле, которое улавливается интегрированным датчиком Холла и преобразуется в пропорциональное напряжение.

Точностные характеристики устройства оптимизированы за счет расположения источника магнитного поля в непосредственной близости от преобразователя Холла.

Строго пропорциональное выходное напряжение формируется BiCMOS микросхемой датчика Холла с импульсной стабилизацией смещения нуля, программно подстраиваемой после корпусирования прибора. При возрастании тока, протекающего через основной медный проводящий канал (от выводов 1 и 2 к выводам 3 и 4), выходное напряжение имеет положительный наклон. Типовое внутреннее сопротивление канала составляет 0.6 мОм, обеспечивая минимальные потери мощности.

Контакты токопроводящего канала электрически изолированы от входов и выходов датчика (выводы 5…8).

Это позволяет в сильноточных приложениях включать датчики ACS722 и ACS723 без дифференциальных усилителей или иных дорогостоящих технических решений, необходимых для изоляции цепей измерения напряжений в положительной шине питания.

Устройство сертифицировано на напряжение изоляции 2400 В с.к.з. и может использоваться в схемах, связанных с шинами переменного тока.

Датчики поставляются в миниатюрном низкопрофильном корпусе SOIC8 для поверхностного монтажа. Выводная рамка имеет стопроцентное покрытие из матового олова, удовлетворяющее требованиям совместимости со стандартным процессом сборки бессвинцовых печатных плат.

Внутренние элементы устройства также не содержат свинца, за исключением высокотемпературных шариковых контактов на основе оловянно-свинцового припоя, необходимых для монтажа методом перевернутого кристалла, на которые требования RoHS в настоящее время не распространяются.

Перед выпуском с фабрики микросхемы полностью калибруются.

Источник: http://www.eham.ru/news/detail/allegro-microsystems-obyavila-o-vypuske-novyh-vysokotochnyh-datchikov-toka_5889

Некоторые применения линейных интегральных датчиков Холла компании Allegro Microsystems

Некоторые применения линейных интегральных датчиков Холла

компании Allegro Microsystems

Александр ПОЛИЩУК

a.polishuk@prosoft.ru

Интегральные датчики Холла находят применение во многих областях современной промышленности, например в машиностроении, автомобильной электронике, авиационной технике.

В отличие от механических и оптических датчиков, датчики Холла обладают важным преимуществом — они практически нечувствительны к механическим воздействиям и изменению параметров окружающей среды, при этом обеспечивают минимизацию стоимости готового решения.

Введение

Наибольшее распространение получили так называемые ключевые датчики Холла — микросхемы, выход которых меняет логическое состояние при превышении напряженностью магнитного поля определенной величины.

Такие датчики применяются, в частности, для измерения частоты вращения и величины перемещения движущихся объектов — валов электродвигателей, зубчатых колес редукторов, транспортерных лент и т. п.

Однако существует отдельный класс интегральных микросхем с элементом Холла, позволяющий значительно расширить область применения либо дать разработчику большую гибкость при построении системы в традиционных областях применения. Речь идет о так называемых линейных датчиках Холла. В данной статье мы рассмотрим основные характеристики и области применения этих устройств.

Структура и основные характеристики линейных датчиков Холла

Линейные датчики Холла (ЛДХ) обычно оптимизируют для измерения величины униполярного или биполярного магнитного поля. ЛДХ характеризуются двумя основными параметрами — чувствительностью и линейностью в заданном диапазоне рабочих температур.

Типовая передаточная характеристика ЛДХ (зависимость выходного напряжения от амплитуды магнитного поля) показана на рис. 1. Большинство датчиков с однополярным питанием имеют выходное напряжение нуля (соответствующее нулевой напряженности

магнитного поля), равное половине диапазона изменения выходного напряжения или половине напряжения питания. В последнем случае величина напряжения нуля и чувствительность зависят от величины напряжения питания.

Это наблюдается в датчиках с пропорциональным выходом, представляющих собой элемент Холла с линейным усилителем (рис. 2).

Так, у популярного датчика A3515 при напряжении питания +5,0 В напряжение нуля и чувствительность равны 2,5 В и 5,0 мВ/Гаусс соответственно, а при увеличении питания до 5,5 В данные параметры изменяются до значений 2,75 В и 5,5 мВ/Гаусс.

Вот почему при использовании ЛДХ этого типа необходимо предъявлять более жесткие требования к источнику питания. В то же время датчики позволяют осуществить простую регулировку чувствительности без дополнительных усилительных компонентов, что может быть весьма полезно.

Современные ЛДХ представляют собой монолитную интегральную схему, где на одном

кристалле объединены элемент Холла, линейный усилитель и оконечный каскад усиления мощности класса А (рис. 3). Кроме того, для увеличения точности преобразования и обеспечения температурной стабильности в микросхеме реализована система автоматической коррекции напряжения смещения и фильтрация сигнала после линейного усилителя.

В таблице 1 приведена номенклатура новых линейных датчиков Холла компании Allegro Microsystems. Датчики А1301, А1302 имеют схему, показанную на рис. 3.

Они обеспечивают невысокое значение точности и могут использоваться, например, в системах регистрации угловых или линейных перемещений объектов.

На показатели точности и стабильности характеристик ЛДХ с одним элементом Холла может оказывать влияние множество факторов: дисбаланс градиентов сопротивления в зависимости от направления тока, геометрическая неоднородность, пьезорезистивные эффекты и даже внешние

Таблица 1. Номенклатура новых линейных датчиков Холла компании Allegro Microsystems

Параметр A1301 A1302 A1321 A1322 A1323 A1391 A1392

ЛДХ с пропорциональным выходом + + + + + – –

Напряжение питания, В 4,5-6,0 4,5-6,0 4,5-5,5 4,5-5,5 4,5-5,5 2,5-3,5 2,5-3,5

Чувствительность, мВ/Гаусс 2,5 1,3 5,000 3,125 2,500 1,25 2,50

Полоса частот, кГц 20 20 30 30 30 10 10

Отклонение от линейности, % 2,5 2,5 1,5 1,5 1,5 0 0

Отклонение от симметрии, % 3,0 3,0 1,5 1,5 1,5 0 0

Типы корпусов SOP-3, SOT-23 SOP-3, SOT-23 SOP-3, SOT-23 SOP-3, SOT-23 SOP-3, SOT-23 MLP-6 MLP-6

+V

Рис. 4

механические воздействия на корпус микросхемы. Для устранения влияния указанных факторов на точность ЛДХ используется схема динамической квадратурной компенсации смещения. Принцип ее работы иллюстрирует рис. 4.

Токи элемента Холла с двух направлений (0° и 90°) поочередно коммутируются с частотой около 200 кГц на входы дифференциального усилителя, осуществляя «электронный поворот» элемента на 90°. При этом к моменту «поворота» схема выборки-хранения фиксирует напряжение на выходе усилителя, устраняя коммутационные помехи. Окончательно сигнал пропускается через ФНЧ для полного восстановления.

Схемотехника динамической квадратурной компенсации позволяет практически полностью устранить влияние внешних дестабилизирующих факторов, а также добиться высокой стабильности выходного напряжения

смещения. К недостаткам схемы можно отнести наличие в спектре выходного сигнала шумов в полосе частот коммутации Рком, что ограничивает максимальную частоту выходного сигнала датчика величиной, обычно равной ОД-ОД Рюм.

Описанный принцип компенсации смещения используется в датчиках А1321-А1323 (рис. 5).

Эти изделия относятся к классу прецизионных калиброванных ЛДХ и сохраняют высокую точность и линейность преобразования в температурном диапазоне от -40 до +150 °С.

Однако, как отмечалось выше, схемотехника динамической компенсации смещения приводит к увеличению шума на выходе датчика. Так, если у линейных датчиков А1301, А1302 амплитуда выходных шумов

в полосе 10 кГц не превышает 150 мкВ, то у А1321-А1323 это значение оказывается уже на два порядка выше — около 25 мВ. Соответственно, при одинаковом коэффициенте преобразования 2,5 мВ/Гаусс разрешение по минимальной регистрируемой величине магнитного поля у А1301 составляет 0,06 Гаусс, а у А1323 — 10 Гаусс.

Использование регулировки напряжения питания для масштабирования коэффициента преобразования ЛДХ приводит к ряду сложностей при проектировании схемы. Во-первых, резко возрастают требования к стабильности напряжения источника питания.

Во-вторых, пульсации и шумы питающего напряжения непосредственно модулируют выходной сигнал датчика, оказывая влияние на точность измерения, что требует применения сложной фильтрации, а значит, намного удорожает схему. От подобных недостатков свободны датчики нового поколения А1391, А1392 (рис. 6).

Эти микросхемы имеют отдельный вход образцового напряжения масштабирования УИББ, с помощью которого можно задать любое значение уровня нуля и коэффициента преобразования. При этом схема обеспечивает глубину подав-

Применение ЛДХ

ления помех по напряжению питания около 60 дБ. Стабилизация смещения выполнена аналогично А1321—А1323, однако амплитуда шумов снижена на 20%.

В датчиках А1391 и А1392 реализован режим электронного отключения по входу SLEEP. При подаче на этот вход логического нуля микросхема переходит в режим пониженного энергопотребления (менее 25 мкА),

а выход датчика переходит в третье состояние с высоким импедансом. Это позволяет объединять группы датчиков параллельно по выходам и использовать единый АЦП без встроенного мультиплексора (рис. 7). Опрос датчиков может осуществляться внешним микропроцессором выдачей сигнала логической единицы на вход SLEEP соответствующей микросхемы.

Среди областей применения линейных датчиков Холла следует выделить две наиболее распространенные. Это устройства измерения линейного или углового перемещения и измерения электрического тока.

Измерение линейного или углового перемещения

В большинстве применений для измерения перемещения объектов ЛДХ используют совместно с постоянными магнитами.

Это обусловлено тем, что для поддержания максимальной линейности необходимо обеспечить большую величину изменения магнитного поля при изменении расстояния между ЛДХ и опорной точкой на перемещающемся объекте.

Постоянный магнит необходимо выбирать с возможно большей напряженностью поля, например 8аСо или А1№Со.

Существует несколько вариантов взаимного расположения постоянного магнита и ЛДХ в системах измерений перемещений объектов. Наиболее простой способ — линейное расположение ЛДХ и магнита на одной оси так, чтобы силовые линии магнитного поля пересекали датчик под углом 90°.

При таком расположении существует сильно нелинейная зависимость между выходным напряжением ЛДХ и расстоянием между ним и магнитом (рис. 8). При относительно небольших перемещениях отклонение от линейности невелико и можно не прибегать к дополнительной линеаризации.

В противном случае необходимо использовать дополнительную схему линеаризации характеристики расстояние — напряжение.

Второй вариант — расположение ЛДХ и магнита в параллельных плоскостях. При такой ориентации система имеет точку нулевого поля, что позволяет получать дополнительную информацию о направлении перемещения по знаку выходного напряжения (например, вправо — увеличение

напряжения, влево — уменьшение (рис. 9)). Как видно из рис.

9, центральная область относительно точки нулевого перемещения имеет высокую линейность, что с успехом может быть использовано в таких применениях, как потенциометры, воздушные корректоры (пневматические клапаны), датчики положения дроссельных заслонок и т. п.

Кстати, в данном варианте, благодаря большой амплитуде изменения напряженности магнитного поля около нулевой точки, выходное напряжение ЛДХ тоже имеет большой размах, что упрощает последующую обработку сигнала.

Третий вариант — расположение ЛДХ между двумя комплементарно установленными магнитами (рис. 10). Комплементарные поля системы двух магнитов обеспечивают хорошую линейность с высокой крутизной характеристики.

Эта система также располагает точкой нулевого перемещения, что позволяет иметь информацию о направлении перемещения.

Недостатком описанного варианта является достаточно небольшой диапазон перемещений в такой системе, что ограничивает область ее применения.

Большинство рассмотренных вариантов в той или иной степени требуют линеаризации зависимости выходного сигнала от расстояния. Это можно реализовать с помощью АЦП и микроконтроллера, если в разрабатываемом устройстве предусмотрено последующее цифровое управление.

Если же в результате требуется получить аналоговый сигнал, линейно зависящий от расстояния, процесс линеаризации может быть легко реализован с помощью программируемой аналоговой интегральной схемы (ПАИС) Апа^ш [1]. При этом достаточно один раз снять экспериментальную зависимость функции преобразования и занести ее в виде таблицы коэффициентов в среду разработки.

Кроме линеаризации, в ПАИС можно при необходимости реализовать и дополнительную обработку сигнала (усиление, фильтрацию, детектирование нуля и т. п.).

Измерение электрического тока

Существует большое количество методов измерения тока, но только три из них нашли широкое применение в производстве массовой продукции. Это резистивный метод, трансформаторные датчики и датчики тока на эффекте Холла.

Резистивный метод — самый простой и экономичный, но имеет существенные недостатки, среди которых — большие потери мощности на резисторе и отсутствие гальванической развязки измерительной и измеряемой цепей.

Кроме того, проволочные резисторы обладают значительной индуктивностью, что не позволяет использовать их в схемах измерения импульсных и ВЧ-токов. Применение мощных безындукционных толстопленочных резисторов сводит экономический эффект данного метода к нулю.

Использование трансформаторов тока — намного более дорогое решение, к тому же возможное только при измерении переменного тока в ограниченной полосе частот.

Датчики тока на эффекте Холла занимают промежуточное положение по цене между рассмотренными выше типами. Их основные преимущества — отсутствие потерь проводимости и возможность измерения как постоянного, так и переменного тока.

Помимо того элемент Холла изолирован от токовой цепи, что автоматически обеспечивает гальваническую развязку.

Необходимость внешнего питания нельзя назвать существенным недостатком, так как в подавляющем большинстве случаев датчик не является оконечным устройством и после него все равно находятся другие компоненты схемы, также требующие электропитания.

Поскольку диапазон измеряемых ЛДХ значений индукции магнитного поля ограничен, при выборе конструкции необходимо правильно определить конфигурацию магнитной цепи датчика. Напряженность поля, создаваемая источником тока, должна соответствовать диапазону измерения ЛДХ.

При измерении тока от нескольких десятков до тысяч ампер датчик Холла может находиться вблизи проводника, без использования дополнительного магнитопровода.

Для существующих типов датчиков оптимальной можно считать величину индукции магнитного поля около 100 Гаусс в середине диапазона измерений. Это обеспечит приемлемую чувствительность датчика по уровню выходных шумов.

Индукция магнитного поля, создаваемая проводником с током, может быть оценена по известной формуле (в системе СИ):

В * Цо(1/4п^), (1)

где г — расстояние между центрами проводника и микросхемы датчика Холла (рис. 11).

При выборе положения ЛДХ относительно проводника необходимо учитывать, что наибольшая чувствительность достигается при пересечении линиями магнитного поля плоскости датчика под прямым углом.

Данный метод обладает тем недостатком, что любой внешний источник магнитного поля будет влиять на показания датчика тока.

Рис. 11

Повысить чувствительность и снизить внешние влияния позволяет тороидальный магнитопровод с зазором, в котором установлена микросхема прецизионного калиброванного ЛДХ типа А1321-А1323 (рис. 12). При этом все поле сосредоточено в зазоре и внешнее влияние практически отсутствует. Индукцию в зазоре можно оценить по соотношению:

В * (6,9 Гаусс/А) х I. (2)

Описанный принцип измерения тока реализован в модульных датчиках компании

Таблица 2. Характеристики модульных датчиков компании Allegro Microsystems семейства ACS

Серия датчиков Диапазон измерения тока, А Напряжение изоляции, кВ Полоса частот, кГц Температурный диапазон, °С

ACS706 5-20 1,6 50 -40…+85

ACS750 50-100 3 13 -40…+150

ACS752 50-100 3 50 -20…+85

ACS754 50-200 3 35 -40…+150

ACS755 50-200 3 35 -40…+150

5

Package CB-PFF

Рис. 13

Allegro Microsystems семейства ACS (рис. 13, таблица 2).

Конструкция, показанная на рис. 12, не позволяет измерять малые значения токов. Это связано с ограничением чувствительности

ЛДХ по выходному шуму. Так, при использовании микросхемы А1323 разрешение по магнитной индукции, ограниченное шумами в полосе 10 кГц, составляет 10 Гаусс, или около 1,5 А.

Существует два выхода: либо использовать ЛДХ с линейным некомпенсированным усилителем, либо применить многовитковую конструкцию (рис. 14). В первом случае, как было показано выше, чувствительность возрастет до 0,06 Гаусс, или около 10 мА.

Для обеспечения такой чувствительности в многовитковой конструкции

потребуется намотать более 150 витков, что приводит к резкому увеличению индуктивности и может оказаться неприемлемым. Поэтому в каждом конкретном случае приходится идти на компромисс между разрешением датчика и полосой частот. Например, ограничение полосы частот с помощью простейшего ИС ФНЧ на выходе ЛДХ А1323 до 1 кГц позволит увеличить разрешение до 0,1 А.

Заключение

Мы рассмотрели два наиболее популярных применения ЛДХ, позволяющих значительно упростить решение широкого круга задач при проектировании аппаратуры систем автоматического регулирования, электропитания и преобразовательной техники. Надеемся, что этот материал будет полезен разработчикам при выборе того или иного технического решения. ■

Литература

1. Цикл статей, посвященный программируемым аналоговым интегральным схемам Апа^ш // Компоненты и технологии. 2005. № 1-9.

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-primeneniya-lineynyh-integralnyh-datchikov-holla-kompanii-allegro-microsystems

Гальванически развязанный AC-DC датчик напряжения для АЦП

by Radiolomator · 12.01.2015

В продолжение статьи об измерении тока, хотелось бы рассказать и сделать, что ни будь подобное для измерения напряжения. Проблема остаётся все той же, часто возникает необходимость увидеть форму того или иного сигнала, но когда этот сигнал высоковольтный, то не так-то просто это сделать.

Во-первых, не у всех измерительных приборов, осциллографов или АЦП, входные каскады рассчитаны на высокие напряжения. А во-вторых, всегда нужно гальванически развязать ваш измерительный прибор и силовую часть схемы. Итак, начнём с того, что амплитуда напряжение, которое оцифровывает АЦП, намного ниже чем, например 110, 220, 380 вольт.

Поэтому необходимо понизить напряжение, приходящее на каналы АЦП. Для этого используем резистивный делитель напряжения.

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора, подключённые к источнику напряжения. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с первым законом Кирхгофа. А падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению.

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно R1 можно было бы пренебречь.

Но оно и не должно быть слишком малым, так как вы будете подключать делитель параллельно основной нагрузке и поэтому, он должен производить наименьшее влияние на нагрузку.

Необходимо подобрать напряжение U1 таким образом, чтобы его можно было оцифровать с помощью АЦП, например, это будет 2,5 вольт.

Думаю, вы согласитесь со мной, что было бы хорошо одним прибором мониторить сигнал любой формы, будь то переменное напряжение или постоянное.

Но переменный ток изменяется по синусоидальному закону и имеет отрицательные и положительные полуволны, а так как АЦП контроллера работает от однополярного напряжения, то оцифровать сигнал отрицательной полуволны будет невозможно.

Поступим так же как поступили разработчики датчика тока ACS750, сместим ось абсцисс в положительную сторону относительно нуля на 2,5 вольта. Для этого используем операционный усилитель, в качестве инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления равным единице.

Для этого резисторы R1 и R2 должны быть с одинаковым номиналом, и как уже упоминалось выше, сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, поэтому их номиналы должны быть больше чем номиналы резисторов делителя, например, 1 МОм.

В качестве операционного усилителя можно использовать микросхему LM358, она простая, надёжная и в одном корпусе имеет два операционных усилителя. Подав на прямой вход ОУ +1.25 вольта, мы сместим сигнал Vin на 2,5 вольта относительно оси абсцисс.
Теперь объединим резистивный делитель напряжения и инвертирующий усилитель.

Делитель напряжения и операционный усилитель настроены так, что если на вход Vin подать напряжение от -500 до 500 вольт, то на выходе Vout мы получим идентичный сигнал по характеру изменения, но только уже от 2,5 до 5 вольт и от 2,5 до 0 вольт.

Именно за счет этого смещения на 2,5 вольта данная схема позволит измерять как постоянное, так и переменное напряжение, то есть сигнал любой формы в диапазоне от -500 до +500 вольт.

Ниже представлена диаграмма напряжения синусоидальной формы, амплитудой 500 вольт , преобразованная данной схемой .

Теперь осталось сделать гальваническую развязку, чтобы со спокойной душой и чистой совестью можно было лезть к высокому напряжению.

Для этого можно было бы использовать уже готовые ОУ с опторазвязками, но они или имеют фиксированный коэффициент усиления или не доступны для покупки. Идеальным решением, на мой взгляд, будет использовать оптопару с линейной зависимостью типа IL300.

Линейности в ней добиваются за счёт того, что она содержит в себе два одинаковых фотодиода К1 и К2, что видно на рисунке ниже.

Один фотодиод используется для обратной связи по входу оптопары. Таким образом, используя операционный усилитель, можно регулировать ток светодиода и добиться максимальной линейности.

Вот тут мы и используем второй операционный усилитель микросхемы LM358.
На рисунке ниже изображена типичная схема подключения.

В качестве входного сигнала для неё будет использоваться выходной сигнал преобразователя рассмотренного выше, Vout.

Таким образом, на выходе Vo мы получим сигнал идентичный сигналу на входе Va.

Напомню, что изображенный на первых рисунках усилитель OP1 является инвертирующим, а это значит, что на выходе Vout, самой первой схемы, мы получаем «зеркальное отражение» измеряемого сигнала, это необходимо учесть и исправить.

Поэтому завершением всей схемы так же должен стать инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным единице. Добавим к типичной схеме, изображенной выше, инвертирующий усилитель.

Объединив всё вышеизложенные решения, получим следующую схему.

На видео, синим цветом, изображена диаграмма напряжения на выходе Vo, эквивалентная входному напряжению Vin, изображенного красным цветом.

В ближайшем времени я обязательно разведу печатную палату и попробую проверить данный девайс на практике.

Так же смотрите статьи по программированию MSP430, в которых я расскажу, как работать с данным контроллером и как с его помощью оцифровать подобный аналоговый сигнал.

Источник: http://redblot.ru/archives/406