采用ASIC技术的新一代电流传感器 2011-06-23 08:51:52来源:互联网

目前在市场上我们可以采购到很多霍尔-ASIC传感器,我们可以用这些传感器来测量位置、磁场以及电流。所有这些ASIC传感器大多用于进行精确快速的电流测量,比如电力电子行业,对于电磁干扰具有高抗干扰性的优点。 这一基础已经使得新集成元件得到了开发,这些元件特别适合这些需求(图1)。该新型集成元部件基于CMOS技术,将开环霍尔效应电流传感器结构的所有元件综合在了一个单片上。霍尔阵列作为测量元件,后面跟着放大级以及扩展编程单元和一个稳定的带隙基准电压。该元部件具有以下特点:

5V 电源
从0.5到4毫伏/高斯的大测量范围
可以对偏差和增益进行编程(比例或固定)
基准输入/输出
可编程温度补偿
接线管脚具有短路和静电放电(ESD)保护
温度范围从 -40°C到+ 125°C。

基准电压作为测量的零点可以在生产过程中进行编程。可以提供一半的供电电压或固定的2.5V电压。外部管脚上也可以提供基准电压。例如,该基准电压随时都可以通过一个来自A/D转换器的当前外部基准电压经一个200Ω的内部载荷阻抗进行作用。

参数
与传统霍尔元件相比,瞬态电流的速度几乎没有变化。具有100A/*s电流变化率(di/dt)的瞬态电流后的延迟时间大约为4μs,如图2所示。对于电流电路短路切断和调节来说,这个延迟时间该足够。有点长些的延迟时间可以通过霍尔芯片的斩波技术来进行说明,该技术用于改善漂移参数。


对于在高EMC环境所使用的传感器来说,其中一个关键参数是在电压跳变(共模)之后的性能。图3记录了6 KV/*s电流变化率(dV/dt)的情况,同时给出了当输出为大约20mV时跳过一个偏差之后的状态,这一结果与3%标称值的漂移相一致。性能是平衡的,因此在不产生偏差的情况下可以对其进行外部或内部过滤。


由于斩波的稳定性,与传统霍尔元件相比,感应器输出处的噪音增加了三倍。一般情况下,该噪音大约为10m/Vpp,与大约1.4%的输出标称电流相对应。由于500KHz的高噪音频率,该噪音并不会对通常的应用产生影响。对于具有高带宽的超快电流调节电路来说,应将该参数考虑进去。
在温度漂移(对于电流传感器来说是一个最基本的参数)方面,可以通过与传统解决方案相比较来实现最大程度的改善。与传统传感器相比,偏差漂移和增益漂移已经通过一个超过2的因数进行了改善。当温度升高50°C时,偏差漂移达到最大值,为1.6%最大标称值。增益漂移,定义为测量值的百分比值,在最差的情况下可达到2%。这些值对开环霍尔效应电流传感器来说是极好的值。
安装在印刷电路板上的传感器应尽可能与解耦电容紧密地连接在一起。这些电容对EMC特性的改善作用显著。图4给出了布线图,该布线具有在测量过程中实际发现的值。但是,这种布线会根据不同的应用场合而略有不同。
该基准电压应该具有与供电电压相同的值。