东方测控

行业企业市场标准科技新品会议展会政策原创

变送器适合于家电产品和空调系统市场

专题报道中国仪表网2008年06月05日 08:35人气:423

电力电子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,由于电力电子系统中存在散热器、磁性元件与线圈等元件,使高水平集成更加困难。微机电系统(MEMS)已在检测系统得到应用,并可能应用于系统的其他部分。

  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。

  微型化接下来的步骤是将这些余下的磁芯元件集成到ASIC封装中。
  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。

  这就是霍尔效应开环技术的基本工作原理,而所有这些均集成在一只小型IC封装中。
  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和走线结构,可以测量2~100A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。

图1 一种可行的PCB设计:走线位于Minisens的正下方
  在这种方式中,PCB板用于隔离,可测量的电流大小为2~20A。
  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,最好让走线工作在低于115℃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。

图2 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/70μm Cu)(走线宽度:Minisens下为0.78mm,其他地方为3mm)。

  采用这种设计,在85℃环境温度下,可以测量5A的额定初级电流(条件:自然通风,30℃走线温升)。测量范围为±15A,灵敏度为130mV/A,对15A电流输出产生2V电压。

  用其他技术可以进一步增加灵敏度,如在Minisens上方用一个“跳线”与PCB走线构成一个回路,或在不同PCB层之间实现多个圈。测量较大电流时,可以将变送器定位于距初级导体较远的地方。
(本文来源:转载请注明出处
仪表网官方微信
@仪表网
已推荐
0

全年征稿 / 资讯合作

联系邮箱:ybzhan@QQ.com
  • 凡本网注明"来源:中国仪表网"的所有作品,版权均属于中国仪表网,转载请必须注明中国仪表网,http://www.ybzhan.cn/。违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
成丰仪表——中国第三代流量计领军品牌


返回首页
“双11”仪器仪表促销狂欢节
关闭