采用ASIC技術(shù)的新一代電流傳感器 2011-06-23 08:51:52來源:互聯(lián)網(wǎng)

目前在市場上我們可以采購到很多霍爾-ASIC傳感器,我們可以用這些傳感器來測量位置、磁場以及電流。所有這些ASIC傳感器大多用于進(jìn)行精確快速的電流測量,比如電力電子行業(yè),對于電磁干擾具有高抗干擾性的優(yōu)點。 這一基礎(chǔ)已經(jīng)使得新集成元件得到了開發(fā),這些元件特別適合這些需求(圖1)。該新型集成元部件基于CMOS技術(shù),將開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器結(jié)構(gòu)的所有元件綜合在了一個單片上?;魻栮嚵凶鳛闇y量元件,后面跟著放大級以及擴(kuò)展編程單元和一個穩(wěn)定的帶隙基準(zhǔn)電壓。該元部件具有以下特點:

5V 電源
從0.5到4毫伏/高斯的大測量范圍
可以對偏差和增益進(jìn)行編程(比例或固定)
基準(zhǔn)輸入/輸出
可編程溫度補(bǔ)償
接線管腳具有短路和靜電放電(ESD)保護(hù)
溫度范圍從 -40°C到+ 125°C。

基準(zhǔn)電壓作為測量的零點可以在生產(chǎn)過程中進(jìn)行編程。可以提供一半的供電電壓或固定的2.5V電壓。外部管腳上也可以提供基準(zhǔn)電壓。例如,該基準(zhǔn)電壓隨時都可以通過一個來自A/D轉(zhuǎn)換器的當(dāng)前外部基準(zhǔn)電壓經(jīng)一個200Ω的內(nèi)部載荷阻抗進(jìn)行作用。

參數(shù)
與傳統(tǒng)霍爾元件相比,瞬態(tài)電流的速度幾乎沒有變化。具有100A/*s電流變化率(di/dt)的瞬態(tài)電流后的延遲時間大約為4μs,如圖2所示。對于電流電路短路切斷和調(diào)節(jié)來說,這個延遲時間該足夠。有點長些的延遲時間可以通過霍爾芯片的斬波技術(shù)來進(jìn)行說明,該技術(shù)用于改善漂移參數(shù)。


對于在高EMC環(huán)境所使用的傳感器來說,其中一個關(guān)鍵參數(shù)是在電壓跳變(共模)之后的性能。圖3記錄了6 KV/*s電流變化率(dV/dt)的情況,同時給出了當(dāng)輸出為大約20mV時跳過一個偏差之后的狀態(tài),這一結(jié)果與3%標(biāo)稱值的漂移相一致。性能是平衡的,因此在不產(chǎn)生偏差的情況下可以對其進(jìn)行外部或內(nèi)部過濾。


由于斬波的穩(wěn)定性,與傳統(tǒng)霍爾元件相比,感應(yīng)器輸出處的噪音增加了三倍。一般情況下,該噪音大約為10m/Vpp,與大約1.4%的輸出標(biāo)稱電流相對應(yīng)。由于500KHz的高噪音頻率,該噪音并不會對通常的應(yīng)用產(chǎn)生影響。對于具有高帶寬的超快電流調(diào)節(jié)電路來說,應(yīng)將該參數(shù)考慮進(jìn)去。
在溫度漂移(對于電流傳感器來說是一個最基本的參數(shù))方面,可以通過與傳統(tǒng)解決方案相比較來實現(xiàn)最大程度的改善。與傳統(tǒng)傳感器相比,偏差漂移和增益漂移已經(jīng)通過一個超過2的因數(shù)進(jìn)行了改善。當(dāng)溫度升高50°C時,偏差漂移達(dá)到最大值,為1.6%最大標(biāo)稱值。增益漂移,定義為測量值的百分比值,在最差的情況下可達(dá)到2%。這些值對開環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器來說是極好的值。
安裝在印刷電路板上的傳感器應(yīng)盡可能與解耦電容緊密地連接在一起。這些電容對EMC特性的改善作用顯著。圖4給出了布線圖,該布線具有在測量過程中實際發(fā)現(xiàn)的值。但是,這種布線會根據(jù)不同的應(yīng)用場合而略有不同。
該基準(zhǔn)電壓應(yīng)該具有與供電電壓相同的值。