כמעט בכל מעגל הספק מודרני, משולב מנגנון למדידת זרם / חיישן זרם (Current Sense). מנגנון כזה מאפשר בקרה לאורך זמן על תקינות המערכת, מניעת התחממות יתר (Thermal Run away) וזאת על ידי מעקב ברמות דיוק שונות אחרי עוצמת הזרם העוברת בפועל במוליכי המערכת, ובמיוחד בקווי הכניסה למערכת (Bus Bar).
שימוש נוסף במנגנון מדידת זרם / חיישן זרם הוא כדי לבצע חוג זרם (חוג בקרה סגור) באפליקציות הדורשות חוג זרם, כגון – מנועי DC \ AC – Brushless, וספקי כוח עם בקרת זרם. תכנון נכון של המעגלים בשילוב חיישן זרם אמין ומדויק, יבטיחו פעולה תקינה של המעגל לאורך זמן וביצועים טובים בתנאי סביבה שונים (טמפ' , לחות, לחץ ברומטרי וכו').
ה- Current sensor
תפקידו של חיישן הזרם (CS) הינו להמיר את הזרם הזורם במעגל / קו האספקה הנמדד, למתח חשמלי אנלוגי או לאות חשמלי אחר – למשל תדר משתנה, Duty Cycle משתנה כדי לאפשר ל- Micro Controller "לחוש" את עוצמת הזרם במעגל ולבצע עליו חישובים שונים.
השיטות המקובלות בתעשייה לחישת זרם, הן – שנאי זרם / סנסור מבוסס לולאת זרם או סנסור המבוסס על אפקט HALL. הסנסורים של חברת ICE מסדרת ISB הם סנסורים מבוססי HALL.
עקרון הפעולה של HALL sensor
זרם הזורם בתייל מוליך, משרה שדה מגנטי ב- Core ויוצר מתח HALL. שדה זה בשילוב מקור זרם אספקה קבוע (Ic לעיל) גורם לסנסור ה- HALL לעבוד בנקודת עבודה קבועה, דבר שיוצר לינאריות בין זרם המוליך הנמדד למתח המוצא Vo.
יתרונות וחסרונות של טכנולוגיית ה- HALL
יתרונות
- פשטות תכן
- נצילות
- אמינות
- דיוק
- נפח קטן
חסרונות
- רגישות לרעש (דורש סיכוך / הרחקה ממקורות רעש)
- תלות בטמפרטורה (דורש כיול)
- אלקטרוניקה נלוות עבור מקור זרם Ic
- בד"כ נעשה בתוך הסנסור עצמו, כולל ההגבר בין מתח ה- HALL ל Vo
הסנסורים של חברת ICE מסדרת "ISB" מכסים תחום זרמים רחב: מ +/-100A ועד .+/-670A.
הסנסורים הללו, ארוזים במארז מסוכך (SHIELD) מאפשרים ריכוז של קווי השטף המגנטי קרוב לחיישן ה- HALL. דבר זה מאפשר מדידה של זרמים חלשים במיוחד בדיוק גבוה (0.6%) וזאת במרחק של 12.7mm בלבד – מקווי זרם חזק.
סנסורים אלו מצטיינים ברמת בידוד גבוהה למתח פריצה (4Kv ויותר) וכן בזמני תגובה מהירים (3-8usec). אופציות שונות של הסנסורים מספקים סיגנלים נוספים כמו מתח REFERENCE (Vdd/2) עבור ADC, וכן מוצא אנלוגי, המשתנה לינארית עם טמפרטורת הסנסור וכו'.
עקרונות תכנון של מנגנון מדידת זרם מבוסס HALL
- נגדיר את הזרם המקסימאלי שעלינו למדוד וכן – סימטריה סביב ה- 0A (כן או לא).
- נבחר חיישן זרם (ISB) המכסה את התחום הנמדד בצורה טובה ומשאיר שולי תכנון (30% לפחות) ורמת דיוק נדרשת (לפעמים יידרש כיול לאחר ההרכבה).
- חשוב לעבוד בתחום הלינארי של החיישן (Ip).
- נבדוק התאמה של הגודל המכאני לדרישות המערכת.
- במידת הצורך נזמין חיישנים – Custom אשר יספקו גרף תמסורת, תחום דינאמי ומתחי מוצא לפי הזמנה.
- נוודא התאמה של מתח האספקה של החיישן למערכת שלנו (למשל 5V / 12mA).
- נבצע מדידות במעבדה לאחר הרכבת החיישן וכיולים כנדרש, כדי לוודא עמידה בדרישות התכן.
- נבצע מדידה בטמפ' שונות, כדי לוודא האם נדרש מנגנון פיצויי / כיול אוטומטי.
סיכום שימוש ב- Current sensor
אנו רואים ששימוש ב- Current sensor מתאים ומתוכנן היטב יבטיח ביצועים טובים של המעגל, יחד עם יציבות פרמטרים בטמפרטורה ובתנאי סביבה משתנים. בחירת רכיב מסדרת ה- ISB יקנה למתכנן – תחום דינאמי גדול, יציבות טמפ', דיוק מדידה וחסינות טובה לרעשים במרחק קטן יחסית מקווי האספקה הרועשים.
למהנדסים של חברת Ronicon Engineering יש ניסיון רב בתכנון מסוג זה והם יודעים להתאים את ה- Sensor לדרישות הלקוח. אפשר לפנות אלינו דרך האתר שלנו ואנחנו נפנה אתכם במהירות למהנדסים לקבלת תמיכה ויעוץ.