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利用霍尔效应磁传感器测量智能家居中的功率

时间:2019-03-27 来源: 关键字:传感器   功率   

测量功率正在成为智能家居中越来越重要的元素。推出智能电网和智能电表的成本应该通过节省电力成本来弥补,但目前还没有简单的方法来进行测量。智能网络还希望识别作为主要功率的设备,以便最小化电流消耗,减少账单并在公用电网上分散负载。

测量功率的一个关键因素是传感器,霍尔效应磁传感器的位置理想,可提供用户和公用设施所需的信息。这些传感器在过去几年中一直在悄然发展,转向标准CMOS工艺技术并集成铁磁元件和数据转换器。现在,智能网络的前进步骤将这些传感器连接到无线收发器和可选的微控制器,以将数据发送回中央集线器。然后,可以在家中本地检查数据以识别电力使用,或匿名汇总以提供关于区域中的电力使用的准确统计。

霍尔效应传感器

Melexis MLX91205电流传感器是基于霍尔效应的单轴磁场传感器。它是CMOS霍尔电路和薄铁磁集中器的集成组合。 CMOS电路包含两对霍尔元件,其灵敏度方向与芯片表面平行。铁磁集中器放大外部磁场并将其集中在霍尔元件上,以便为功率测量提供更大的规模。这使得它适用于交流和直流电流,产生与施加的磁场平行于芯片表面成比例的模拟,线性,比率输出电压。

 

利用霍尔效应磁传感器测量智能家居中的功率

 

图1 :Melexis MLX91205电流传感器显示霍尔电路和铁磁集中器。

该电路采用标准CMOS工艺制造,铁磁层采用简单的后处理步骤。该单片器件集成了霍尔元件,偏移消除电路,电流源,斩波稳定放大电路和参数编程功能。

通过使用动态偏移消除,可以降低由温度变化,封装应力等引起的任何偏移电压。因此,该器件具有极其稳定的信号输出,不受机械应力的影响,几乎不受温度循环的影响。这提供了广泛的应用范围和非常高的精度。与其他线性霍尔传感器不同,MLX91205可测量与芯片表面平行的磁场,非常适用于PCB上的开环电流检测以及电表或设备。它具有小尺寸应用设计和适用于各种电流范围的简单结构。

快速响应时间和高带宽意味着该传感器适用于非接触式,高电流,高电压设置中的高速电流测量。有两种不同的产品版本可供选择。 91205HB的线性磁场范围为±25 mT,91205LB的线性范围为±10 mT。 HB指的是高磁场,而LB指的是低磁场范围。

 

利用霍尔效应磁传感器测量智能家居中的功率

 

图2:使用MLX91205电流传感器测量低(顶部),中(中)和高(底部)电流。

低电流测量,最高±2 A

MLX91205可以通过传感器周围的线圈增加磁场来测量低电流。测量的灵敏度(输出电压与线圈中的电流)将取决于线圈的大小和匝数,但是通过在线圈周围添加屏蔽可以获得额外的灵敏度和对外部场的增强的抗扰度。线轴提供非常高的介电隔离,使其成为具有相对低电流的高压电源的合适解决方案。应对输出进行缩放,以获得要测量的最高电流的最大电压,以获得最佳精度和分辨率。

中等电流高达±30 A

如果PCB上有单根导线,则可以测量高达30安培的电流。 PCB走线的尺寸需要考虑电流处理能力和总功耗。 PCB走线需要足够厚且足够宽,以便连续处理RMS电流。

此配置的差分输出电压可近似为VOUT = typ。 35 - 40 mV/A * I.这表明,对于30 A的电流水平,输出约为1050 mV。

高达±600 A的高电流测量

另一种测量PCB上高电流的方法是使用大而厚的铜线,能够在PCB的另一侧传输电流。 MLX91205应位于迹线中心附近;但是,由于迹线很宽,输出对PCB上的位置不太敏感。由于导体的距离和宽度,该配置也具有较低的灵敏度。

在许多应用中,91205的输出电压是通过微控制器测量的。在应用中组装91205之后,通过校准系统可以显着提高电流传感器系统的精度。通过施加已知电流,例如在100A时,微控制器的输出电压可以校准到精确值,即100A时的2.000V。这样可以在一定温度下简单地校准偏移和灵敏度。

 

利用霍尔效应磁传感器测量智能家居中的功率

 

图3:MLX91205电流传感器的单端输出。

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