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传感器ASIC集成缩小电流变送器体积

时间:2022-06-13 22:02:41 | 作者:火狐体育登录官网 | 来源:火狐体育投注官网

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  的发展趋势与其他电子领域的发展趋势没有什么不同更大规模集成加降低元件数量。但是,由于

  传统的电流变送器不适合于家电产品和空调系统市场,因为它们体积太大、价格高昂。而一种成本较低、体积较小的变送器则使得测量这些系统的电流成为可能,唯一受到的限制是漏电、间隙和绝缘等级等外界因素。

  用于LEM自己的LTS电流变送器的应用定制集成电路(ASIC)采用一个尺寸仅有22.2mm(长)×10mm(宽)×24mm(高)的 PCB安装封装,实现了这种霍尔效应闭环变送器。然后,LEM又开发了使用霍尔效应开环技术的ASIC,诞生了一系列范围广泛的变送器产品,最小型号的尺寸只有18.7mm(长)× 16.7mm(宽)×10.7mm(高)。

  这些ASIC集成了电流变送器所需要的电路(场检测元件,全部有源电子元件,如放大器、晶体管、二极管、齐纳管、电压基准等)。某些部分采用了专门的硅技术以改进性能,如偏置漂移和增益漂移。磁性电路元件与外壳仍与ASIC分开。

  Minisens/FHS可将一个待测电流的磁场转换为一个电压输出。这个“初级”电流流经一根电缆或PCB走线(此电缆或PCB走线位于IC旁但与IC电气隔离)。IC中的霍尔效应器件测量磁场,这个磁场通过一个放置在IC顶部的磁通会聚器,聚焦在霍尔元件部位。

  会聚器的形状对某些方面作了优化,包括测量普通PCB电流水平时会遇到的磁场灵敏度(增益)以及线性度。

  会聚器提供系数约为8的无噪声增益。霍尔元件的输出通过自旋技术作上变频,这样既可以探测到小磁场,又不会有偏移或1/f噪声问题。IC对初级电流磁场的灵敏度最高为600mV/mT。

  探测的电流可以为正,也可以为负。通过检测磁场的极性,产生一个正电压输出或负电压输出,该输出相当于由无磁场时初始偏移所确定的基准电压。标准的初始偏移为2.5V(内部基准)。用户可以指定一个2~2.8V之间的外部基准。

  Minisens最普通的用法是将其放在一个PCB走线上方,该走线承载着需要测量的电流。为优化变送器的功能,需要在走线的尺寸上应用一些简单的规则。通过改变PCB和走线A之间的电流。一种可行的方法是将IC直接放在某根PCB走线上。我们将这种方式叫“设计 1”见图1。

  将变送器放在电路板的另一面,但仍然直接跨在走线上,这样可以改善绝缘性能。电路板的厚度及走线本身都会影响灵敏度,因为它们都直接影响着检测元件(位于IC内部)与初级导体之间的距离。值得注意的是,较窄走线的灵敏度更高。不过,走线越窄,温度升得也越快。

  走线的温升决定了可以连续施加的最大安全电流值。采用变宽度走线可以获得灵敏度与走线温升的最佳组合。铜的温度受限于PCB材料的玻璃转变温度(135℃),而Minisens的最大工作温度为125℃。出于安全边际考虑,最好让走线℃的温度下(UL建议不超过100℃)。为维持这些温度水平,走线的宽度、厚度和形状都非常重要。

  对于小电流(低于10A),建议用初级走线做几个圈,以增加初级电流产生的磁场。对单根走线,Minisens周围走线的宽度最好大于其下方的走线宽度(以降低温升)。我们将这种设计叫做“多圈”。

  举例来说,可以采用四圈设计如图2所示,Minisens位于PCB的反面,这是一种高绝缘度的结构。另一种增加灵敏度的方法是使用较窄的走线 四圈走线设计/高绝缘度结构

  高绝缘性来自于经改善的爬电间距与隔离间距,因为初级导体(四圈走线)位于低压电子元件所在PCB板的反面。这种情况下,确保两种距离都为8mm(PCB的特性:1.6mm/70m Cu)(走线宽度:Minisens下为0.78mm,其他地方为3mm)。