Основні представники номенклатури класичних датчиків, при всіх їх перевагах таки є досить габаритними виробами Які намітилися останнім часом тенденції до скорочення габаритів перетворювальної техніки змушують виробників елементної бази розробляти нові, більш мініатюрні, компоненти, що економлять внутрішній простір приладів при безумовному збереженні високих технічних характеристик Для таких застосувань фірма LEM розробила датчик струму типу FHS-40/SP600 відкриває серію «Minisens» і дозволяє вимірювати струми до 100 А, але при цьому володіє мінімальними розмірами – датчик розміщений в корпусі SOIC-8

Так як даний тип датчика не має наскрізного отвору, через який пропускається струмоведучий провідник з вимірюваним струмом, його чутливість визначається відстанню від токоведущего провідника до елемента Холла (рис 2530) Чутливість датчика визначається з виразу:

де r – відстань від елемента Холла до провідника

Датчик Холла оснащений спеціальним концентратором магнітного потоку, що дозволило виключити з конструкції датчика кільцевої магнітний сердечник

_ На рис 2531 наведено графік залеж

мости чутливості (в мВ / А) залежно від відстані між провідником і чутливим елементом (у мм) З нього випливає, що датчик повинен бути досить точно встановлений відносно токоведущего провідника, інакше його свідчення будуть неточними Втім, сучасні методи виготовлення електронних приладів дозволяють досить точно позиціонувати елементи автоматизованим способом

Структурна схема датчика FHS-40 / SP600 наведена на рис 2532 Живлення до

Рис 2531 Залежність чутливості датчика FHS-40/SP600 від відстані до чутливого елемента

Рис 2532 Структурна схема датчика FHS-40/SP600

датчику надходить на висновки Vc і 0V Його діапазон лежить в межах 5,5 В, що узгоджується з харчуванням більшості стандартних мікроконтролерів Діапазон вимірюваних частот лежить до частоти 100 кГц У складі датчика передбачено два виходи: вихід VOUTFast передає сигнал безпосередньо з виходу датчика струму, із затримкою інформації не більше 3 мкс, а вихід V0(JT транслює сигнал, що пройшов через фільтр високочартотних перешкод Фільтр дозволяє знизити перешкоди в діапазоні частот вище 100 кГц, а вихід VOUXFast можна використовувати для діагностики виникнення короткого замикання і повязаного з цим появи надструмів Константи основних параметрів датчика (коефіцієнт передачі, полярність вихідного сигналу) сконфігуровані у внутрішній незалежній памяті

Типове значення лінійності характеристики датчика у всьому діапазоні вимірюваних частот не перевищує 0,5%, номінальний вихідний сигнал – 2000 мВ Через висновок STANDBY здійснюється переклад датчика в черговий режим зі зниженим енергоспоживанням, що важливо для його застосування в системах акумуляторного (автономного) харчування Датчик має 6 конструктивних виконань, розрахованих на номінальні значення струмів з ряду 5 А, 10 А, 20 А, 40 А, 80 А, 100 А Робочий діапазон датчика: ^ 0 .. +115 градусів Цельсія

Найбільш цікавим при застосуванні датчика є реалізація методів його установки в розробляється прилад, а саме – на друковану плату з силовими токоведущими провідниками На рис 2533, а показано розташування датчика на друкованій платі (PCB) Датчик розташовується над токоведущей шиною, по якій проходить вимірюваний струм /р, Що створює магнітне поле з індукцією В Струмоведучий провідник може розташовуватися як з боку установки датчика (рис 2533, б), так і з протилежного боку (рис 2533, в) Це – дуже важливий момент, оскільки від взаємного розташування токоведущего провідника і датчика залежатимуть його свідчення, а також величина випробувального напруги електричної ізоляції між силовий шиною і вимірювальними ланцюгами Очевидно, при установці датчика на сторону плати, протилежну токоведущей шині, напруга ізоляції підвищується, однак знизиться чутливість

Рис 2533 Установка датчика FHS-40/SP600 на друковану плату

На рис 2534 показані типові залежності між відстанню від датчика до токоведущего провідника, а також його ширини, і чутливості датчика У всіх трьох випадках товщина токоведущего

провідника становить 70 мкм Чому спостерігається залежність чутливості від ширини провідника Як датчик, так і струмоведучий провідник мають кінцеві розміри і не можуть бути представлені точковими моделями Рекомендовані норми установки повинні бути забезпечені технологічно

Рис 2534 Залежність чутливості датчика FHS-40/SP600 від розташування відносно токоведущего провідника

Щоб оцінити достоїнства описуваного датчика, фірма-виробник випустила серію готових до використання макетних плат з встановленими на них за всіма правилами датчиками і сконфігурованими силовими токоведущими провідниками Ці макетні плати носять назви KIT4, KIT5, KIT6, KIT7, KIT8, KIT9, KIT11, KIT12 Згадані макетні плати з найменуваннями KIT11 і KIT12 несуть на собі по два датчика, решта плати – одиночні На рис 2535, а-е представлений зовнішній вигляд макетних плат KIT4-KIT9 Варіант KIT4 (рис 2535, а – це варіант розташування датчика і струмовідного провідника на одній стороні плати Варіант KIT5 – розташування елементів з різних сторін плати У макетної платі KIT6 використана обємна Струмовідна перемичка Варіанти KIT7 і KIT8 – особливі: у них Струмовідна шина виконана таким чином, щоб силовий струм пройшов через датчик кілька разів, у результаті чого магнітна індукція, створена окремими витками, повинно складатися, чим підвищується чутливість датчика для вимірювання невеликих значень струмів Варіант KIT9 схожий на варіант KIT4, тільки Струмовідна шина тут посилена

Рис 2535 Варіанти виконання макетних плат KIT

Всі макетні плати KIT використовують єдину ідеологію побудови: друкований монтаж датчика виконаний з урахуванням рекомендацій по перешкодозахищеності, наведених у технічній документації (до висновків харчування підключені блокувальні конденсатори, застосована рекомендована конфігурація «загального провідника») Висновки токоведущей шини металізовані, вимірювальні ланцюга і ланцюга живлення мають розємні зєднувачі (контактні групи) Безпосередньо на друкованій платі вказано позитивний напрямок вимірюваного струму

Розробникам силової техніки доводиться постійно враховувати таке важлива обставина, як нагрів струмоведучих провідників І якщо обємні провідники можна виконати будь-якого необхідного перетину, то з друкованими провідниками справа йде набагато складніше: потрібне розтин може бути забезпечено тільки за рахунок ширини провідника Звичайно, для друкованих провідників можна збільшувати щільність струму до 25 А / мм2, Але ця цифра все-таки кінцева Враховуючи цю обставину, розробники макетних плат KIT провели теплові дослідження і привели їх результати в супровідній документації Для прикладу наведемо дані по макетної платі KIT4

На рис 2536 показана теплова модель розподілу температури токоведущего провідника товщиною 70 мкм при температурі навколишнього середовища 85 градусів Цельсія і протіканні струму 10 А Видно, що найбільш нагріта зона спостерігається під основою датчика, а температура провідника в цій зоні становить 105 градусів Цельсія

Рис 2536 Теплова модель токоведущего провідника макетної плати KIT4

Також для розробника буде корисним оцінити можливість застосування KIT в різних температурних діапазонах Графік рис 2537 показує допустиме значення струму в струмоведучих про

воднику залежно від температури навколишнього середовища для струмоведучих провідників товщиною 35 мкм і 70 мкм Температура найбільш нагрітої зони тут становить 115 градусів Цельсія

Рис 2537 Графік залежності допустимого струму від температури навколишнього середовища

Другий варіант мініатюрного датчика струму, на який звертаємо увагу читача, це серія ACS, що випускається фірмою «Allegro» [45] Головна відмінність датчиків цієї серії від вищезазначених датчиків полягає в тому, що в їх складі конструктивно передбачена силова Струмовідна шина Фірма випускає два основних типовиконання датчика – з планарно-вмонтовуваним корпусом (рис 2538, а), маркуються кодом «71» і з корпусом для монтажу виводів в отвори (рис 2538, б), маркуються кодом «75» Основні технічні параметри датчиків наведені в табл 251

Тип датчика

Діапазон робочих температур, вЗ

Нелінійність,%

Вимірюваний номінальний струм, А

Типова чутливість, мВ / А

ACS712ELCTR-05B-T

^0..+85

±1,50

±5,0

185,00

ACS712ELCTR-20A-T

-40..+85

±1,50

±20,0

100,00

ACS712ELCTR-30A-T

^0..+85

±1,50

±30,0

66,00

ACS713ELCTR-20A-T

-40..+85

±1,50

0..20,0

185,00

ACS713ELCTR-30A-T

-40..+85

±1,50

0..30,0

133,00

ACS714ELCTR-05B-T

^0..+85

±1,50

±5,0

185,00

ACS714ELCTR-20A-T

-40..+85

±1,50

±20,0

100,00

ACS714ELCTR-30A-T

-40..+85

±1,50

±30,0

66,00

ACS714LLCTR-05B-T

^0..+150

±1,50

1 ±5,0

185,00

ACS714LLCTR-20A-T

^0..+150

±1,50

±20,0

100,00

ACS714LLCTR-30A-T

-40..+150

±1,50

±30,0

66,00

ACS715ELCTR-20A-T

-40..+85

±1,50

0..20,0

185,00

ACS715ELCTR-30A-T

-40..+85

±1,50

0..30,0

133,00

ACS715LLCTR-20A-T

-40..+150

±1,50

0..20,0

185,00

ACS715LLCTR-30A-T

-40..+150

±1,50

0..30,0

133,00

ACS750LCA-050

-40..+150

±5,00

±50,0

40,00

ACS750SCA-050

-20..+85

±5,00

±50,0

40,00

ACS750LCA-075

-40..+150

±5,00

I ±75,0

19,75

ACS750SCA-075

-20..+85

±5,00

±75,0

HV75

ACS750ECA-100

-40..+150

±5,00

±100,0

19,75

ACS750SCA-100

-20..+85

±5,00

±100,0

19,75

ACS752SCA-050

-20..+85

±4,00

±50,0

40,00

ACS752SCA-100

-20..+85

±4,40

| ±100,0

20,00

ACS754LCB-050-PFF

^0..+150

±1,50

±50,0

40,00

ACS754SCB-050-PFF

-20..+85

±1,50

±50,0

40,00

ACS754LCB-100-PFF

-40..+150

±1,50

±100,0

20,00

ACS754LCB-100-PSF

-40..+150

±1,50

±100,0

20,00

Тип датчика

Діапазон робочих температур, вЗ

Нелінійність,%

Вимірюваний i номінальний струм, А

Типова чутливість, мВ / А

ACS754SCB-100-PFF

-20..+85

±1,50

±100,0

20,00

ACS754LCB-130-PFF

^0..+150

±1,50

±130,0

15,00

ACS754LCB-130-PSF

^0..+150

±1,50

±130,0

15,00

ACS754SCB-130-PFF

-20..+85

±1,50

±130,0

15,00

ACS754SCB-130-PSF

-20..+85

±1,50

±130,0

15,00

ACS754KCB-150-PFF

-40..+125

±1,30

±150,0

13,30

ACS754KCB-150-PSF

-40..+125

±1,30

±150,0

13,30

ACS754KCB-150-PSS

-40..+125

±1,30

±150,0

13,30

ACS754SCB-150-PSF

-20..+85

±1,30

±150,0

13,30

ACS754SCB-150-PSS

-20..+85

±1,30

±150,0

13,30

ACS754SCB-200-PFF

-20..+85

±1,20

±200,0

10,00

ACS754SCB-200-PSF

-20..+85

±1,20

±200,0

10,00

ACS755LCB-050-PFF

-40..+150

±2,80

0..50,0

60,00

ACS755SCB 050-PFF

-20..+85

±2,80

0..50,0

60,00

ACS755LCB-100-PFF

-40..+150

±2,80

0..100,0

40,00

ACS755SCBlOO-PFF

-20..+85

|____

±2,80

0..100,0

40,00

ACS755LCB-130-PFF

| -40..+150

±0,85

0..130,0

30,00

ACS755LCB-130-PSF

| -40..+150

±0,85

0..130,0

30,00

ACS755SCB-130-PFF

| -20..+85

±0,85

0..130,0

30,00

ACS755SCB-130-PSF

| -20..+85

±0,85

0..130,0

30,00

ACS755KCB-150-PSF

| -40..+125

±0,95

0..150,0

26,00

ACS755SCB-150-PSF

| -20..+85

±0,95

0..150,0

26,00

ACS755SCB-200-PSF

| -20..+85

±0,80

0..200,0

20,00

ACS756SCA-050B-PFF-T

j -20..+85

±1,80

±50,0

40,00

ACS756SCA-1OOB-PFF-T

| -20..+85

±1,80

±100,0

20,00

ACS756KCA-050B-PFF-T

j -40..+125

±1,80

±50,0

40,00

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил