如何才能使用霍爾效應磁傳感器測量智能家居中的功率

2020-11-21 電子發燒友

如何才能使用霍爾效應磁傳感器測量智能家居中的功率

發表於 2019-08-25 10:40:32

測量功率正在成為智能家居中越來越重要的元素。推出智能電網和智能電錶的成本應該通過節省電力成本來彌補，但目前還沒有簡單的方法來進行測量。智能網絡還希望識別作為主要功率的設備，以便最小化電流消耗，減少帳單並在公用電網上分散負載。

測量功率的一個關鍵因素是傳感器，霍爾效應磁傳感器的位置理想，可提供用戶和公用設施所需的信息。這些傳感器在過去幾年中一直在悄然發展，轉向標準CMOS工藝技術併集成鐵磁元件和數據轉換器。現在，智能網絡的前進步驟將這些傳感器連接到無線收發器和可選的微控制器，以將數據發送回中央集線器。然後，可以在家中本地檢查數據以識別電力使用，或匿名匯總以提供關於區域中的電力使用的準確統計。

霍爾效應傳感器

Melexis MLX91205電流傳感器是基於霍爾效應的單軸磁場傳感器。它是CMOS霍爾電路和薄鐵磁集中器的集成組合。 CMOS電路包含兩對霍爾元件，其靈敏度方向與晶片表面平行。鐵磁集中器放大外部磁場並將其集中在霍爾元件上，以便為功率測量提供更大的規模。這使得它適用於交流和直流電流，產生與施加的磁場平行於晶片表面成比例的模擬，線性，比率輸出電壓。

圖1 ：Melexis MLX91205電流傳感器顯示霍爾電路和鐵磁集中器。

該電路採用標準CMOS工藝製造，鐵磁層採用簡單的後處理步驟。該單片器件集成了霍爾元件，偏移消除電路，電流源，斬波穩定放大電路和參數編程功能。

通過使用動態偏移消除，可以降低由溫度變化，封裝應力等引起的任何偏移電壓。因此，該器件具有極其穩定的信號輸出，不受機械應力的影響，幾乎不受溫度循環的影響。這提供了廣泛的應用範圍和非常高的精度。與其他線性霍爾傳感器不同，MLX91205可測量與晶片表面平行的磁場，非常適用於PCB上的開環電流檢測以及電錶或設備。它具有小尺寸應用設計和適用於各種電流範圍的簡單結構。

快速響應時間和高帶寬意味著該傳感器適用於非接觸式，高電流，高電壓設置中的高速電流測量。有兩種不同的產品版本可供選擇。 91205HB的線性磁場範圍為±25 mT，91205LB的線性範圍為±10 mT。 HB指的是高磁場，而LB指的是低磁場範圍。

圖2：使用MLX91205電流傳感器測量低（頂部），中（中）和高（底部）電流。

低電流測量，最高±2 A

MLX91205可以通過傳感器周圍的線圈增加磁場來測量低電流。測量的靈敏度（輸出電壓與線圈中的電流）將取決於線圈的大小和匝數，但是通過在線圈周圍添加屏蔽可以獲得額外的靈敏度和對外部場的增強的抗擾度。線軸提供非常高的介電隔離，使其成為具有相對低電流的高壓電源的合適解決方案。應對輸出進行縮放，以獲得要測量的最高電流的最大電壓，以獲得最佳精度和解析度。

中等電流高達±30 A

如果PCB上有單根導線，則可以測量高達30安培的電流。 PCB走線的尺寸需要考慮電流處理能力和總功耗。 PCB走線需要足夠厚且足夠寬，以便連續處理RMS電流。

此配置的差分輸出電壓可近似為VOUT = typ。 35 - 40 mV/A * I.這表明，對於30 A的電流水平，輸出約為1050 mV。

高達±600 A的高電流測量

另一種測量PCB上高電流的方法是使用大而厚的銅線，能夠在PCB的另一側傳輸電流。 MLX91205應位於跡線中心附近;但是，由於跡線很寬，輸出對PCB上的位置不太敏感。由於導體的距離和寬度，該配置也具有較低的靈敏度。

在許多應用中，91205的輸出電壓是通過微控制器測量的。在應用中組裝91205之後，通過校準系統可以顯著提高電流傳感器系統的精度。通過施加已知電流，例如在100A時，微控制器的輸出電壓可以校準到精確值，即100A時的2.000V。這樣可以在一定溫度下簡單地校準偏移和靈敏度。

圖3：MLX91205電流傳感器的單端輸出。

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