Strujni pretvarači su pravo rješenje. Integrirani senzori položaja male snage bazirani na Hall efektu

Prilikom izvođenja mjerenja u autoelektrici često je potrebno uzeti oscilograme trenutnih vrijednosti. Drugim riječima, ne samo mjeriti, već detaljno proučavati. Klasično, strujni transformatori ili otpornici se koriste u takve svrhe. Međutim, potonji imaju ograničenja frekvencije i utiču na krug koji se proučava. Senzor struje zasnovan na Hall kontroleru je dizajniran da riješi ovaj problem.

Sve bi bilo u redu, ali takvi senzori nisu jeftini. Ako uspijete sami sastaviti ovu opciju, možete uštedjeti mnogo novca. Da biste mogli napraviti model vlastite proizvodnje, možete koristiti nekoliko učinkovitih shema.

711 čip kola

PAŽNJA! Pronađen je potpuno jednostavan način za smanjenje potrošnje goriva! Ne vjerujete mi? Automehaničar sa 15 godina iskustva također nije vjerovao dok nije probao. A sada štedi 35.000 rubalja godišnje na benzinu!

ACS 711 je isti čip koji će omogućiti proizvodnju trenutnog senzora ili TD na osnovu Holovog senzora (Halov senzor). BH takvog senzora će biti skoro 100 kHz, što će biti prilično efikasno za mjerenja.

Ovaj tip čipa ima izlaz koji je integrisan sa pojačalom. Potonji, zauzvrat, zbog svoje efikasnosti, može povećati mogućnosti kola do 1 A/V.

Što se tiče napajanja, napon do pojačala se dovodi pomoću interni izvor 2-polarni tip. Ovo može biti varijanta NSD10 ili neka druga. Sama mikrokola se napaja stabilizatorom koji ima izlazni napon od 3,3 V.

Provjerena "budžetska" opcija

Evo šta trebate učiniti da napravite ovu opciju:

• izrežite utor u feritnom prstenu duž debljine kućišta;
• Stavite MS na epoksidni ljepilo;
• napravite određeni broj zavoja na prstenu (broj zavoja ovisit će o specifičnom naponu);
• rezultat će biti beskontaktna verzija releja koji radi na elektromagnetnoj osnovi.

Preciznost rada takvog DT-a i pravilnost su prilično visoke. Jedini nedostatak kruga je broj zavoja, određen čisto empirijski. Zapravo, nigdje nema proračuna određene vrste. Potrebno je odrediti broj zavoja za određeno jezgro.

Spreman dizel motor MLX91206

Kumulativno kolo koje koristi najtanji sloj feromagnetne strukture ili IC. Potonji djeluje kao prekidač magnetnog polja, čime se osigurava visoko pojačanje i prilagođava ekvivalentnost signala šuma. Ova verzija DT je ​​relevantnija za mjerenje naizmjeničnog napona do 90 kHz sa omskom izolacijom, koju karakteriziraju neznatni uneseni gubici i kratko vrijeme odziva.

Osim toga, prednosti uključuju jednostavnost montaže i male dimenzije trupa.

DT MLX91206 je regulator koji do sada zadovoljava potražnju u automobilskoj industriji. Osim toga, DT-ovi ovog tipa se koriste u drugim izvorima napajanja: za zaštitu od preopterećenja, u motornim sistemima itd.

Najčešće se DT na MLX91206 čipu koristi u hibridu automobilski sistemi, poput automatskih pretvarača.

Zanimljivo je i da je ovaj senzor opremljen visokokvalitetnim zaštitni sistem protiv prenapona, što omogućava da se koristi kao poseban regulator integriran u kabel.

Princip rada senzora ovog tipa zasniva se na transformaciji magnetnog polja koje nastaje strujama koje prolaze kroz provodnik. Kolo nema gornju granicu na izmjerenom nivou napona, jer su izlaz i njegovi parametri in u ovom slučaju zavise od veličine vodiča i neposredne udaljenosti od DT.

Što se tiče razlika između ovog tipa dizel motora i sličnih:

1. Brzina analognog izlaza, koja je veća (pomaže 12-bitni DAC).
2. Dostupnost programabilnog prekidača.
3. Pouzdana zaštita od prenapona i prenapona.
4. PWM izlaz sa 12-bitnom ADC rezolucijom.
5. Ogroman propusni opseg, čiji su parametri jednaki 90 kHz i još mnogo toga.

Jednom riječju, ovaj tip DT je ​​kompaktan i efikasan senzor proizveden korištenjem Triasis Hall tehnologije. Ova vrsta tehnologije smatra se klasičnom i tradicionalnom, osjetljiva je na gustinu fluksa, koja se primjenjuje tačno paralelno s površinom.

Mjerenja koja se mogu izvesti pomoću gotovog senzora napravljenog tehnologijom Triasis Hall podijeljena su na mjerenja niskog napona do 2 A, strujni prosjek. vrijednosti do 30 A i struje do 600 A (velike).

Pogledajmo bliže mogućnosti ovih mjerenja.

• Male struje se mjere pomoću senzora povećanjem parametara magnetnog polja kroz zavojnicu oko dizel generatora. U ovom slučaju, osjetljivost mjerenja će biti određena dimenzijama zavojnice i brojem zavoja.
• Mjere se struje u rasponu do 30 A ili prosječne struje uzimajući u obzir toleranciju napona i ukupnu disipaciju snage traga. Potonji mora biti prilično debeo i širok, inače se neće postići kontinuirana obrada prosječne struje.
• Konačno, mjerenje velikih struja uključuje korištenje bakra i debelih tragova koji mogu pokretati napon na poleđini PCB-a.

DT na Hall efektu: opći pogled

Šta je Hall efekat? Kao što je poznato, ovaj fenomen se zasniva na činjenici da ako stavite bilo koji poluvodič pravougaonog tipa u magnetsko polje i kroz njega prođete napon, onda električna sila, usmjeren okomito na magnetsko polje.

Upravo iz ovog razloga magnetni senzor Uobičajeno je zvati DH u čast naučnika Hola, koji je prvi otkrio upravo ovaj efekat.

Šta ovaj isti efekat daje u automobilskoj elektrici? To je jednostavno. Kada se napon dovede na DC, na rubovima ploče nastaje razlika potencijala (ponekad se nalazi unutar istosmjerne struje), a daje se vrijednost proporcionalna SMP (sili). magnetsko polje).

Tako je u automobilskom sektoru bilo moguće koristiti beskontaktne elemente, koji su se u praksi pokazali mnogo bolji od dijelova opremljenih kontaktnim grupama. Potonje je trebalo redovno čistiti, popravljati i mijenjati.

Beskontaktni DC-ovi uspješno kontroliraju, na primjer, brzinu rotacije vratila, široko se koriste u sistemima paljenja, a koriste se u tahometrima i ABS-u.

Za trenutna mjerenja u raznim električna kola Ovo se može učiniti pomoću AC712 čipa. Hallov efekat u ovom slučaju je od neosporne pomoći. Tako je moguće proizvesti senzor ili regulator električne struje na domaćinstvu.

Takvi senzori će omogućiti mjerenje sile ne samo konstantne, već i sile naizmjenična struja, dobiti vrijednosti u mA.

U pravilu, modul s mikro krugom AC712 radi striktno od 5V, ali vam omogućava mjerenje maksimalni nivo struja do 5 A. U tom slučaju napon treba podesiti u rasponu od 2 kW.

Općenito, DT se koriste u cijeloj elektrotehnici za stvaranje povratne komunikacije. U zavisnosti od specifičnog mesta rada, dizel motori se dele u nekoliko tipova. Poznati su otporni DT, strujni transformatori i, naravno, DT zasnovani na Hall efektu.

Zainteresovani smo za DT bazirane na Hall efektu. Nazivaju se i otvoreni regulatori ili uređaji sa izlaznim signalom napona. Njihova svrha: mjerenje naizmjeničnih, konstantnih i impulsna struja u rasponima od plus/minus 57 do plus/minus 950 Ampera pri v.o. 3 mls.

Izlazni napon DT-a je jasno srazmjeran izračunatim strujnim parametrima. 0. vrijednost napona jednaka je polovini struje napajanja. Dakle, opseg strujnog izlaza je 0,25-0,75 V.

Lako je podesiti osjetljivost DT transformacijom broja zavoja testiranog vodiča oko kruga magnetskog kruga regulatora.

Telo DT mora biti napravljeno od izdržljive RVT plastike.

PVT plastika je plastični materijal proizveden ravnomjernim zavarivanjem.

Što se tiče tvrdih provodnika kućišta DT, ima ih 3. Namijenjeni su za lemljenje na ploču.

DT izlazno kolo je par kompletnih biopolarnih tranzistora. Drugim riječima, ovo nije ništa drugo do poluprovodnički uređaj, u kojem se formiraju dva prijelaza, a prijenos naboja se vrši pomoću nosača 2 polariteta ili, drugim riječima, putem elektrona i kvazičestica.

DT sa Hall efektom su također originalne i neoriginalne proizvodnje. Prvi se odlikuju atraktivnim dizajnom, pouzdani su i sposobni za isporuku najveća preciznost indikacije. Ali neoriginalni dizel motori nemaju takve parametre, iako su također sposobni pružiti svoje prednosti. To uključuje sklopivo tijelo i nisku cijenu.

Pažnja. Ako se DT može lako rastaviti odvrtanjem 4 šrafa, onda ovo nije originalni uređaj.

Rastavljanje kućišta originalnog DT-a sigurno će dovesti do kvara, budući da su napravljeni u njemu zatvorena verzija. Naravno, možete pokušati doći do unutrašnjosti, ali to će neizbježno dovesti do kvarova. Tijelo takvih uređaja je zapečaćeno sa svih strana, na svim spojevima.

Za usporedbu unutrašnjosti tvorničkog dizel motora i naknadne montaže domace kolo Preporučljivo je koristiti, kako je gore napisano, neoriginalni uređaj. Na primjer, neka to bude kineski DST-500. Lako se rastavlja, dijagram se može kopirati s praskom, jer je jednostavan i ne sadrži složene trikove.

Što se tiče rada, isti je kod svih tipova dizel motora:

• provodnik struje pod naponom prolazi kroz magnetni krug;
• formira se ciklotronsko polje;
• struja teče kroz izjednačujući namotaj magnetskog kola da stabilizuje polje;
• kompenzovani napon mora biti tačno proporcionalan naponu koji je na snazi. kondukter.

Osim toga, da bi se kompenzirao magnetni krug senzora, potrebno je izmjeriti veličinu i predznak DT-a. U te svrhe treba izrezati rupu u magnetskom krugu, kroz koju se, zapravo, ubacuje Hall senzor. Signal uređaja će biti pojačan i doveden do energetskog endotrona, čiji je izlaz integriran sa stabilizirajućim namotom.

Dakle, glavni cilj takvog kola će biti da prođe toliki dio napona kroz namotaj da bi utjecao na magnetsko polje tako da se u prekidu magnetskog kola vrijednost približi 0.

U ovom slučaju, preciznost efikasnosti umjerljivosti će biti očuvana u cijeloj zoni mjerenog napona. Za mjerenje precizne kompenzacije napona. Namotaji koriste precizni otpornik niskog otpora. Veličina pada struje na takvom otporniku bit će jednaka vrijednosti napona u strujnom kolu.

DT ovog tipa možete lako napraviti sami. Potreba za ovakvim regulatorima je u stalnom porastu, a, kao što je spomenuto, nisu jeftini.

U posebnom slučaju, preporučljivo je koristiti određeni Hall senzor bez okvira. Može se ugraditi na usku traku laminata od fiberglasa od tanke folije. Ispod njega treba predvidjeti udubljenje za slijetanje, gdje će se vrlo čvrsto postaviti na epoksidni ljepilo.

Pažnja. Debljina PCB trake od 0,8 mm smatrat će se normalnom, jer će se uklopiti u otvor bez pretjeranog trenja o zidove i bez efekta visenja.

DT je ​​referentna postavka za izračunavanje napona pulsara visokog napona. Na primjer, struja koju troši starter ili generator. A uz pomoć Hall senzora to se može postići korištenjem samo jednog čipa.

Konačno zanimljiv video o strujnom senzoru zasnovanom na Hall senzoru

Godine 1879, dok je radio na svojoj doktorskoj disertaciji na Univerzitetu Johns Hopkins, američki fizičar Edwin Herbert Hall izveo je eksperiment sa zlatnom pločom. Propustio je struju kroz ploču, postavljajući samu ploču na staklo, a osim toga ploča je bila podvrgnuta magnetskom polju usmjerenom okomito na njenu ravninu, i, shodno tome, okomito na struju.

Pošteno radi, treba napomenuti da se Hall u tom trenutku bavio pitanjem da li otpor zavojnice kroz koju struja teče zavisi od prisustva zavojnice pored nje, a u okviru ovog rada naučnici su sproveli hiljade eksperimenti. Kao rezultat eksperimenta sa zlatnom pločom, otkriveno je da se na bočnim rubovima ploče pojavila određena razlika potencijala.

Ova napetost se zove Holov napon. Proces se može grubo opisati na sljedeći način: Lorentzova sila dovodi do akumulacije negativnog naboja blizu jedne ivice ploče, a pozitivnog naboja blizu suprotnog ruba. Odnos rezultujućeg Holovog napona i veličine longitudinalne struje je karakteristika materijala od kojeg je napravljen određeni Hallov element, a ta se vrijednost naziva “Halov otpor”.

Dovoljno služi pravi metod određivanje vrste nosioca naboja (rupa ili elektronski) u poluprovodniku ili metalu.

Na osnovu Holovog efekta sada se izrađuju Hallovi senzori, uređaji za merenje jačine magnetnog polja i određivanje jačine struje u provodniku. Za razliku od strujnih transformatora, Hall senzori omogućavaju mjerenje istosmjerne struje. Stoga su primjene Hallovog senzora općenito vrlo opsežne.

Budući da je napon Hola nizak, logično je da je napon Hola spojen na terminale. Za povezivanje s digitalnim čvorovima, krug se dopunjava Schmitt okidačem i dobiva se uređaj praga koji se pokreće na datom nivou jačine magnetskog polja. Takva kola se nazivaju Hallovi prekidači.

Često se Hall senzor koristi zajedno sa permanentnim magnetom, a rad se događa kada se permanentni magnet približi senzoru na određenoj, unaprijed određenoj udaljenosti.

Hall senzori su prilično rasprostranjeni u elektromotorima bez četkica ili ventila (servomotori), gdje se senzori ugrađuju direktno na stator motora i igraju ulogu senzora položaja rotora (RPS), koji daje povratnu informaciju o položaju rotora, slično kao komutator komutatorski motor jednosmerna struja.

Pričvršćivanjem permanentnog magneta na osovinu dobijamo jednostavan brojač obrtaja, a ponekad je dovoljan i zaštitni efekat samog feromagnetnog dela na magnetni tok od. Magnetski fluks iz kojeg se obično pokreću Hallovi senzori je 100-200 Gausa.

Proizvedeni od strane savremene elektronske industrije, Holovi senzori sa tri terminala imaju u svom kućištu npn tranzistor sa otvorenim kolektorom. Često struja kroz tranzistor takvog senzora ne bi trebala prelaziti 20 mA, tako da se poveže moćno opterećenje potrebno je ugraditi strujno pojačalo.

Magnetno polje provodnika sa strujom obično nije dovoljno intenzivno da pokrene Hallov senzor, jer je osjetljivost takvih senzora 1-5 mV/Gauss, pa se za mjerenje slabih struja provodnik sa strujom namotava na toroidno jezgro sa razmakom, a Hallov senzor je već ugrađen u otvor. Dakle, sa razmakom od 1,5 mm, magnetna indukcija će već biti 6 G/A.

Zdravo svima!

Možda je vrijedno da se malo predstavite - ja sam običan inžinjer strujnih kola kojeg zanimaju i programiranje i neke druge oblasti elektronike: DSP, FPGA, radio komunikacije i neke druge. IN U poslednje vreme Zaronio sam glavom u SDR prijemnike. U početku sam želio svoj prvi članak (nadam se ne i posljednji) posvetiti nekoj ozbiljnijoj temi, ali za mnoge će to postati samo štivo i neće biti od koristi. Stoga je odabrana tema visoko specijalizirana i isključivo primjenjiva. Također želim napomenuti da će, vjerojatno, svi članci i pitanja u njima biti razmatrani više sa strane dizajnera kola, a ne programera ili bilo koga drugog. Pa, idemo!

Nedavno sam dobio zadatak da dizajniram „Sistem za praćenje snabdijevanja energijom stambene zgrade.“ Kupac se bavi izgradnjom seoskih kuća, tako da su neki od vas možda već vidjeli moj uređaj. Ovaj uređaj izmjerena potrošnja struje na svakoj ulaznoj fazi i naponu, istovremeno šaljući podatke već preko radio kanala instaliran sistem « Smart House„+ znao je ugasiti starter na ulazu u kuću. Ali danas nećemo govoriti o tome, već o njegovoj maloj, ali vrlo važnoj komponenti - trenutnom senzoru. I kao što ste već shvatili iz naslova članka, to će biti "beskontaktni" strujni senzori kompanije Allegro - ACS758-100.
________________________________________________________________________________________________________________________

Možete pogledati podatkovni list senzora o kojem ću govoriti. Kao što možete pretpostaviti, broj "100" na kraju oznake je maksimalna struja koju senzor može izmjeriti. Bit ću iskren - sumnjam u ovo, čini mi se da zaključci jednostavno neće izdržati 200A dugo vremena, iako za mjerenje startna struja uradiće sasvim dobro. U mom uređaju senzor od 100A konstantno prolazi kroz najmanje 35A bez ikakvih problema + postoje pikovi potrošnje do 60A.

Slika 1 - Izgled senzor ACS758-100(50/200)

Prije nego što pređem na glavni dio članka, predlažem da se upoznate s dva izvora. ako imate osnovno znanje u elektronici, oni će biti suvišni i slobodno preskočite ovaj pasus. Savjetujem drugima da trče opšti razvoj i razumijevanje:

1) Hallov efekat. Fenomen i princip rada
2) Moderni strujni senzori
________________________________________________________________________________________________________________________

Pa, krenimo od najvažnije stvari, odnosno označavanja. Kupujem komponente 90% vremena na www.digikey.com. Komponente stižu u Rusiju za 5-6 dana, web stranica ima vjerovatno sve, tu je i vrlo zgodna parametarska pretraga i dokumentacija. Dakle puna lista senzori porodice se mogu pogledati tamo na zahtjev" ACS758"Moji senzori su kupljeni tamo - ACS758LCB-100B.

Sve je označeno unutar datasheeta, ali ću ipak obratiti pažnju ključni trenutak "100V":

1) 100 - ovo je granica mjerenja u amperima, odnosno moj senzor može mjeriti do 100A;
2) "IN" - na ovo slovo vrijedi obratiti posebnu pažnju; umjesto njega može biti i slovo " U". Mjerač sa slovom B može mjeriti naizmjeničnu i, shodno tome, jednosmjernu struju. Senzor sa slovom U Može se mjeriti samo jednosmjerna struja.

Postoji i odličan znak na ovu temu na početku tablice sa podacima:


Slika 2 – Tipovi strujnih senzora porodice ACS758

Takođe, jedan od najvažnijih razloga za korišćenje ovakvog senzora je bio - galvansku izolaciju. Pinovi za napajanje 4 i 5 nisu električno povezani sa pinovima 1,2,3. Kod ovog senzora komunikacija je samo u obliku indukovanog polja.

Još jedan se pojavio u ovoj tabeli važan parametar- zavisnost izlaznog napona od struje. Lijepo ovog tipa senzora je da imaju naponski izlaz, a ne strujni izlaz kao klasični strujni transformatori, što je vrlo zgodno. Na primjer, izlaz senzora može biti spojen direktno na ulaz mikrokontroler ADC i očitavati.

Kod mog senzora datu vrijednost jednaki 20 mV/A. To znači da kada struja od 1A teče kroz terminale 4-5 senzora, napon na njegovom izlazu će porasti za 20 mV. Mislim da je logika jasna.

Sljedeća stvar je koji će napon biti na izlazu? S obzirom da je napajanje "ljudsko", odnosno unipolarno, onda pri mjerenju naizmjenične struje mora postojati "referentna tačka". U ovom senzoru, ova referentna tačka je 1/2 napajanja (Vcc). Ovo rješenje se često dešava i zgodno je. Kada struja teče u jednom smjeru, izlaz će biti " 1/2 Vcc + I*0,02V“, u drugom poluperiodu, kada struja teče poleđina izlazni napon će biti uži 1/2 Vcc - I*0,02V". Na izlazu dobijamo sinusoidu, gdje je "nula". 1/2Vcc. Ako mjerimo jednosmjernu struju, tada ćemo na izlazu imati " 1/2 Vcc + I*0,02V“, tada prilikom obrade podataka na ADC jednostavno oduzimamo konstantnu komponentu 1/2 Vcc i raditi sa istinitim podacima, odnosno sa ostatkom I*0,02V.

Sada je vrijeme da u praksi testiram ono što sam gore opisao, odnosno ono što sam pročitao u datasheet-u. Da bih radio sa senzorom i testirao njegove mogućnosti, napravio sam ovo "mini postolje":

Slika 3 – Područje za testiranje trenutnog senzora

Prije svega, odlučio sam primijeniti napajanje na senzor i izmjeriti njegov izlaz kako bih se uvjerio da se smatra "nula" 1/2 Vcc. Dijagram povezivanja se može naći u datasheetu, ali ja, samo želeći da se upoznam, nisam gubio vrijeme i isklesao filter kondenzator za napajanje + RC niskopropusni filterski krug na Vout pinu. U pravom uređaju, nema nigdje bez njih! Na kraju sam dobio ovu sliku:

Slika 4 – Rezultat “nulte” mjerenja

Kada se primeni struja 5V sa mog šala STM32VL-Discovery Video sam ove rezultate - 2.38V. Prvo pitanje koje se postavilo: " Zašto 2.38, a ne 2.5 opisan u datasheetu?„Pitanje je nestalo gotovo istog trenutka - izmjerio sam strujnu magistralu tokom otklanjanja grešaka i bilo je 4,76-4,77V. Ali stvar je u tome što napajanje dolazi sa USB-a, već postoji 5V, nakon USB-a postoji linearni stabilizator LM7805, a ovo očito nije LDO sa padom od 40 mV. Ovdje pada otprilike 250 mV. Pa dobro, ovo nije kritično, glavno je znati da je "nula" 2,38 V. To je ta konstanta koju ću oduzeti kada obrada podataka iz ADC-a.

Sada izvršimo prvo mjerenje, za sada samo pomoću osciloskopa. Izmjerit ću struju kratkog spoja mog podesivi blok ishrana, jednaka je 3.06A. Ugrađeni ampermetar to pokazuje i fluks je dao isti rezultat. Pa, spojimo izlaze napajanja na noge 4 i 5 senzora (na fotografiji imam ubačenu žicu) i vidimo šta se dogodilo:

Slika 5 - Mjerenje struje kratki spoj BP

Kao što vidimo, napon je Vout povećana od 2.38V do 2.44V. Ako pogledamo gornju zavisnost, onda smo trebali dobiti 2,38V + 3,06A*0,02V/A, što odgovara vrijednosti od 2,44V. Rezultat odgovara očekivanjima; pri struji od 3A dobili smo povećanje na "nulu" jednako 60 mV. Zaključak - senzor radi, već možete raditi s njim pomoću MK-a.

Sada morate spojiti strujni senzor na jedan od ADC pinova na mikrokontroleru STM32F100RBT6. Sam kamenčić je veoma osrednji, frekvencija sistema Samo 24 MHz, ali ovaj šal je prošao mnogo toga i dokazao se. Vjerovatno ga posjedujem već oko 5 godina, jer sam ga dobio besplatno u vrijeme kada su se ST-ovi dijelili lijevo i desno.

Isprva sam, iz navike, htio ugraditi op-pojačalo s koeficijentom nakon senzora. dobiti "1", ali gledajući blok dijagram, shvatio sam da on već stoji unutra. Jedino što vrijedi uzeti u obzir je da će pri maksimalnoj struji izlazna snaga biti jednaka napajanju Vcc senzora, odnosno oko 5V, a STM može mjeriti od 0 do 3,3V, pa je u ovom slučaju potrebno instalirajte otporni djelitelj napona, na primjer, 1: 1,5 ili 1:2. Struja mi je oskudna, pa ću ovaj trenutak za sada zanemariti. Izgleda moje uređaj za testiranje kao to:

Slika 6 - Sastavljanje našeg "ampermetra"

Također, da vizualiziram rezultate, zeznuo sam Kineski displej na kontroleru ILI9341, srećom, ležao je uokolo, ali moje ruke nisu mogle do njega. Da bih napisao potpunu biblioteku za njega, ubio sam nekoliko sati i šoljicu kafe, na sreću, list se pokazao iznenađujuće informativnim, što je rijetko za zanate sinova Jackie Chana.

Sada moramo napisati funkciju za mjerenje Vout-a pomoću ADC-a mikrokontrolera. Neću ulaziti u detalje; već postoji tona informacija i lekcija o STM32. Pa samo pogledajte:

Uint16_t get_adc_value() ( ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); vrati ADC_GetConversionValue(ADC1); )
Zatim, da biste dobili rezultate mjerenja ADC-a u izvršnom kodu glavnog tijela ili prekida, morate napisati sljedeće:

Data_adc = get_adc_value();
Nakon što smo prethodno deklarirali varijablu data_adc:

Extern uint16_t data_adc;
Kao rezultat, dobijamo varijablu data_adc, koja uzima vrijednost od 0 do 4095, jer ADC u STM32 je 12-bitni. Zatim, rezultat dobiven "kod papagaja" trebamo pretvoriti u nama poznatiji oblik, odnosno u ampere. Stoga je potrebno prvo izračunati cijenu podjele. Nakon stabilizatora na 3.3V sabirnici, moj osciloskop je pokazao 3.17V, nisam se trudio da shvatim s čime je to povezano. Dakle, dijeljenjem 3,17V sa 4095, dobijamo vrijednost 0,000774V - ovo je cijena podjele. Odnosno, nakon što sam dobio rezultat od ADC-a, na primjer, 2711, jednostavno ga pomnožim sa 0,000774V i dobijem 2,09V.

U našem zadatku, napon je samo „posrednik“; još ga trebamo pretvoriti u ampere. Da bismo to učinili, potrebno je da od rezultata oduzmemo 2,38V, a ostatak podijelimo sa 0,02 [V/A]. Rezultat je ova formula:

Float I_out = (((((float)data_adc * presc)-2.38)/0.02);
Pa, vrijeme je da učitate firmver na mikrokontroler i vidite rezultate:

Slika 7 – Rezultati mjernih podataka sa senzora i njihova obrada

Izmjerio sam vlastitu potrošnju kola, kao što vidite 230 mA. Izmjerivši istu stvar sa provjerenim fluksom, pokazalo se da je potrošnja 201 mA. Pa, tačnost jednog decimalnog mjesta je već vrlo cool. Objasniću zašto... Opseg merene struje je 0..100A, odnosno tačnost do 1A je 1%, a tačnost do desetinki ampera je već 0,1%! I imajte na umu, ovo je bez ikakvih rješenja kola. Bio sam čak i previše lijen da okačim filtere za napajanje.

Sada moram izmjeriti struju kratkog spoja (SC) mog izvora napajanja. Okrenem dugme do maksimuma i dobijem sledeću sliku:

Slika 8 - Mjerenja struje kratkog spoja

Pa, zapravo očitanja na samom izvoru s njegovim izvornim ampermetrom:

Slika 9 - Vrijednost na skali BP

Zapravo, pokazivao je 3,09A, ali dok sam slikao, zavojnica se zagrijala, a otpor mu se povećao, a struja je, shodno tome, pala, ali to i nije tako loše.

Zaključno, ne znam ni šta da kažem. Nadam se da će moj članak nekako pomoći početnicima radio-amaterima na njihovom teškom putu. Možda će se nekome svidjeti moj način prezentiranja materijala, onda mogu nastaviti povremeno pisati o radu sa raznim komponentama. Svoje želje na temu možete izraziti u komentarima, pokušat ću to uzeti u obzir.

Za ispravan, pouzdan i nesmetan rad savremenih energetskih i neelektronskih proizvoda veoma je važno pravilno odrediti veličine i oblike napona i struja koje deluju u uređaju. Sudbina projekta, finansijski uspjesi ili neuspjesi tijekom rada, pa čak i životi ljudi mogu ovisiti o izboru tako naizgled jednostavnog elementa kao što je mjerač električne struje ili napona. Jedna od najpogodnijih opcija za ovakva mjerenja (ubuduće ćemo pokušati koristiti termin „konverzija“, budući da Laboratorija DTiN doo podržava mišljenje da senzori, po definiciji, nisu mjerni instrumenti) su brojila čiji se rad zasniva na Hallov efekat. Prednosti ovih pretvarača su odsustvo gubitaka energije u kontrolisanom kolu, galvanska izolacija između ulaznog i izlaznog kola, brzina, sposobnost rada u širokom rasponu temperatura i napona napajanja, mogućnost direktnog povezivanja sa razni uređaji kontrola i upravljanje.

Preciznost mjerača struje s Hallovim efektom je u rasponu od 0,2 do 2 posto i ovisi prije svega o strujnom kolu korištenom u dizajnu uređaja. Imaju široku primjenu u raznim električnim instalacijama, najčešće u zaštitnim, nadzornim i kontrolnim krugovima, ali se, na primjer, zbog brojnih ograničenja, gotovo nikada ne koriste za komercijalno mjerenje električne energije. Slični pretvarači električni signali može se naći u modernom aparat za zavarivanje, kako u sistemu upravljanja liftom tako iu vagonu, rad željezničkog transporta je danas nezamisliv bez ovih uređaja. Uređaji koji rade na Hallovom efektu mogu pretvarati i naizmjeničnu i jednosmjernu struju. Unatoč činjenici da se često nazivaju "strujnim transformatorima", ova činjenica je njihova glavna razlika i prednost.

Holov efekat otkrio je prije više od 130 godina američki naučnik Edwin Hall tokom eksperimenata sa magnetnim poljima. Od tada je ovaj efekat opisan mnogo puta u širokoj literaturi. Zasniva se na pojavi poprečne razlike električnog potencijala u vodiču s jednosmjernom strujom koji se nalazi u magnetskom polju.

Na šta trebate obratiti pažnju pri odabiru uređaja za mjerenje indikatora

1. Napon napajanja. Za industrijske merni instrumenti Koriste se i bipolarno (±12V, ±15V, ±18V, ±24V) i unipolarno (+5, 12, 24V) napajanje. Njegov izbor zavisi kako od mogućnosti i potreba programera, tako i od uslova interfejsa sa jedinicama za praćenje i upravljanje.
2. Preciznost konverzije. Kao što smo već spomenuli, postojeća brojila koja rade na efektu Edwin Halla imaju tačnost od 0,2 do 2 posto, dok se ovaj parametar obično određuje načinom na koji je sam mjerač izgrađen – korištenjem direktnog pojačala ili kompenzacijskog kola, sa 100% povratne informacije. Kao iu većini slučajeva, precizniji kompenzacijski tip mjernog uređaja za istu nominalnu vrijednost struja košta više od svog parnjaka, sastavljen pomoću kola za direktno pojačavanje, u pravilu ima veće dimenzije i definitivno veću potrošnju električne struje iz izvora napajanja. Njegove prednosti neće biti samo veća preciznost, što smo već spomenuli, već i bolja linearnost i otpornost na buku.
3. Raspon konverzije. Takvi dizajni su sposobni da konvertuju ulazni signal u proporcionalni izlazni ili odgovarajući digitalni signal jačina struje od nekoliko stotina miliampera do nekoliko hiljada ampera. Naravno, sličan mehanizam sa 10kA ili više je skuplji od svog kolege od 25A
4. Okvir. Ove jedinice mogu imati Razne vrste zgrade. Postoje opcije za ugradnju na štampana ploča, šasiju ili DIN šinu.
5. Temperatura na kojoj ovi moduli mogu ispravno raditi. Da, smanjeno radna temperatura za mjerne instrumente koji rade sa strujom i naponom, u pravilu, -40 C, ali postoje proizvodi koji ostaju u funkciji na -50, pa čak i -55 C. Povećana radna temperatura za većinu modernih proizvoda dostiže +85C; postoje uzorci koji rade na +105C.

Klasifikacija pretvarača prema principu konstrukcije.

1. Konvertor direktnog pojačanja. Prednosti - kompaktna veličina, mala potrošnja energije, mogućnost rada s električnim signalima od jedinica ampera do desetina kiloampera, niska cijena. Koriste se za rad sa signalima u frekvencijskom rasponu od jednosmjerne struje do 25, rjeđe 50 kHz. Greška konverzije i nelinearnost unutar nekoliko procenata. Ovaj tip proizvoda ima visoku sposobnost preopterećenja, relativno je jeftin i kompaktan.
2. Mjerači sa 100% povratnom informacijom, također poznati kao senzori "kompenzacije" ili "nula fluksa". Kao što ime govori, glavni žig to je prisustvo kola zatvorenog magnetnim tokom. Takvi uređaji se koriste za pretvaranje primarnog signala od stotina miliampera do desetina kiloampera, bilo kojeg oblika i frekvencije, počevši od istosmjerne struje i završavajući na razini od 100-150-200 kHz. Pretvarači kompenzacijskih signala se razlikuju najbolja preciznost, linearnost, otpornost na vanjska magnetna polja. Opseg konverzije ovih instrumenata je niži od dizajna direktnog pojačanja
3. Senzor napona. Vrsta kompenzacionog uređaja za uređaj za pretvarač električnog signala, karakteriziran prisustvom ugrađenog primarnog namota sa veliki iznos okreta. Mjerenje napona se događa pretvaranjem malog primarnog signala (obično na nazivni napon njegova vrijednost je 5 ili 10 mA, izbor ovisi o developeru), postavljen otpornikom spojenim serijski s primarnim namotajem, u proporcionalni izlazni signal. Ovi uređaji su prilično različiti širok raspon ulaznih napona, ali imaju ograničenja na frekvenciju ulaznog signala, budući da primarni namotaj ima značajnu induktivnost.
4. Relativno novi tip pretvarač - integrisani, je razvoj kola za direktno pojačanje. Prednosti: male dimenzije, niska cijena. Od svog osnivanja 1879. do danas uređaji koji rade na efektu koji je otkrio Edwin Hall promijenili su se vrlo, vrlo primjetno. Povećane su točnost i pouzdanost, temperaturna stabilnost je značajno poboljšana, a dimenzije i cijene ovih mehanizama se stalno smanjuju. Sva ova poboljšanja postala su moguća kao rezultat razvoja tehnologije u proizvodnji elektronske komponente, a kao rezultat novih zahtjeva za ovu klasu proizvoda. Sve više se koriste u savremeni život zasićen elektronskim i električnim uređajima.

Moderna industrija predlaže posebne zahtjeve na pouzdanost i stabilnost električnih pretvarača podataka koji se koriste za praćenje rada i kontrole složenih sistema. To nas tjera da nastavimo poboljšavati dizajn uređaja, poboljšavajući ih specifikacije, čineći ih sve pouzdanijim, jednostavnijim i lakšim za upotrebu.

Po pravilu, početnik programer ide u ekstreme, postavlja tačnost ne goru od 0,1%, a frekvencijski odziv od 100 kHz i onda se dugo čudi što mu predloženo rješenje košta uporedivo s cijenom polovine, pa čak i cijelog njegovog razvoja. U većini moderne aplikacije poboljšanjem parametara energetskih poluprovodnika tačnost od 1-2% je više nego dovoljna, i ključni faktor izbor pretvarača uključuje pouzdanost i stabilnost rada, ali ova pitanja nisu direktno povezana sa dizajnom kola i vredna su posebnog razmatranja.

Mjerenje i praćenje strujnog toka je osnovni zahtjev za širok spektar primjena, uključujući strujne zaštitne krugove, uređaj za punjenje, pulsni izvori napajanja, programabilni izvori struje, itd. Jedna od najjednostavnijih metoda za mjerenje struje je korištenje otpornika niskog otpora - šant između opterećenja i zajedničke žice, pad napona na kojem je proporcionalan struji koja teče. Iako ovu metodu vrlo jednostavan za implementaciju, tačnost mjerenja ostavlja mnogo da se poželi, jer Otpor šanta ovisi o temperaturi, koja nije konstantna. Osim toga, ova metoda ne dozvoljava galvansku izolaciju između opterećenja i mjerača struje, što je vrlo važno u aplikacijama gdje se opterećenje napaja visokim naponom.

Glavni nedostaci mjerenja struje pomoću otpornog šanta su:

• opterećenje nema direktnu vezu sa "zemljom";
• nelinearnost mjerenja zbog temperaturnog drifta otpora otpornika;
• odsustvo galvansku izolaciju između opterećenja i mjernog kruga.

U ovom članku ćemo se osvrnuti na ekonomičnost i preciznost integralni senzor struja ACS712, njegov princip rada zasnovan na Holovom efektu, karakteristike i način povezivanja na mikrokontroler za merenje jednosmerne struje. Članak je podijeljen u dva dijela: prvi je posvećen dizajnu i karakteristikama senzora, drugi je o interfejsu sa mikrokontrolerom i radu sa senzorom.

Senzor struje ACS712 je zasnovan na principu koji je 1879. otkrio Edwin Hall i dobio ime po njemu. Hallov efekat je sljedeći: ako se provodnik sa strujom stavi u magnetsko polje, tada se na njegovim rubovima pojavljuje emf, usmjeren okomito i na smjer struje i na smjer magnetskog polja. Učinak je ilustrovan na slici 2. Struja I teče kroz tanku ploču od poluprovodničkog materijala, nazvanu Hallov element. U prisustvu magnetnog polja, Lorentzova sila djeluje na pokretne nosioce naboja (elektrone), savijajući putanju elektrona, što dovodi do preraspodjele prostornih naboja u Hall elementu. Kao rezultat toga, emf nazvan Hallov emf javlja se na rubovima ploče paralelno sa smjerom strujanja struje. Ova emf je proporcionalna vektorskom proizvodu indukcije B i gustine struje I i ima tipičnu vrijednost reda veličine nekoliko mikrovolti.

ACS712 je dostupan u minijaturnom 8-izvodnom SOIC paketu za površinska montaža(Slika 3). Sastoji se od preciznog, low-bias linearnog senzora Hall efekta i bakrenog provodnika koji prolazi blizu površine čipa i djeluje kao signalna staza za struju (slika 4). Struja koja teče kroz ovaj provodnik stvara magnetno polje koje opaža Hallov element ugrađen u kristal. Jačina magnetnog polja linearno zavisi od struje koja prolazi. Ugrađeni kondicioner signala filtrira napon koji generiše senzorski element i pojačava ga do nivoa koji se može izmeriti korišćenjem ADC mikrokontrolera.

Slika 3.

Slika 5 prikazuje pinout ACS712 i tipičan dijagram ožičenja. Pinovi 1, 2 i 3,4 formiraju provodni put za mjerenu struju sa unutrašnji otpor oko 1,2 mOhm, što određuje vrlo male gubitke snage. Njegova debljina je odabrana tako da uređaj može izdržati jačinu struje pet puta veću od maksimalne dozvoljena vrednost. Kontakti provodnika napajanja su električni izolovani od terminala senzora (pinovi 5 - 8). Izračunata snaga izolacije je 2,1 kV rms.

U niskofrekventnim aplikacijama, često je potrebno uključiti jednostavan RC filter na izlaz uređaja kako bi se poboljšao omjer signal-šum. ACS712 sadrži interni otpornik R F koji povezuje izlaz pojačavača signala na čipu sa ulazom izlaznog bafer kola (vidi sliku 6). Jedan od priključaka otpornika dostupan je na pinu 6 mikrokola, na koji je spojen vanjski kondenzator CF. Treba napomenuti da upotreba filtarskog kondenzatora povećava vrijeme porasta izlaznog signala senzora i stoga ograničava širinu opsega ulaznog signala. Maksimalni propusni opseg je 80 kHz sa kapacitetom filterskog kondenzatora jednak nuli. Kako se kapacitivnost C F povećava, širina pojasa se smanjuje. Da bi se smanjio nivo buke u nominalnim uslovima, preporučuje se ugradnja kondenzatora C F kapaciteta 1 nF.

Slika 6.

Osetljivost i izlazni napon ACS712

Izlazni napon senzora je proporcionalan struji koja teče kroz provodni put (od pinova 1 i 2 do pinova 3 i 4). Dostupne su tri verzije trenutnog senzora za različite mjerne opsege:

• ±5 A (ACS712-05B),
• ±20 A (ACS712-20B),
• ±30A (ACS712-30A)

Odgovarajući nivoi osetljivosti su 185 mV/A, 100 mA/V i 66 mV/A. Sa nultom strujom koja teče kroz senzor, izlazni napon je jednak polovini napona napajanja (Vcc/2). Treba napomenuti da su izlazni napon nulte struje i osjetljivost ACS712 proporcionalni naponu napajanja. Ovo je posebno korisno kada se senzor koristi u kombinaciji s ADC-om.

Preciznost bilo kog ADC zavisi od stabilnosti izvora referentnog napona. Većina mikrokontrolerskih kola koristi napon napajanja kao referencu. Stoga, ako je napon napajanja nestabilan, mjerenja ne mogu biti tačna. Međutim, ako je referentni napon ADC postavljen na napon napajanja senzora ACS712, njegov izlazni napon će kompenzirati sve greške A/D konverzije uzrokovane fluktuacijama referentnog napona.

Razmotrimo ovu situaciju na konkretan primjer. Pretpostavimo da se ACS712 koristi za referentni napon ADC-a i napajanje senzora. zajednički izvor Vcc = 5,0 V. Pri nultoj struji kroz senzor, njegov izlazni napon će biti Vcc/2 = 2,5 V. Ako je ADC 10-bitni (0...1023), tada će konvertovani izlazni napon senzora odgovarati broj 512. Sada pretpostavimo da je zbog drifta izvor napajanja naponom postavljen na 4,5 V. Prema tome, izlaz senzora će biti 4,5 V/2 = 2,25 V, ali rezultat konverzije će i dalje biti broj 512 , budući da se referentni napon ADC-a također smanjio na 4,5 V. Isto tako, osjetljivost senzora će se smanjiti za 4,5/5 = 0,9 puta i iznositi 166,5 mV/A umjesto 185 mV/A. Kao što vidite, bilo koje fluktuacije referentnog napona neće biti izvor greške kada analogno-digitalna konverzija izlazni napon senzora ACS712.

Slika 7 prikazuje nominalne karakteristike prijenosa senzora ACS712-05B pri naponu napajanja od 5,0 V. Odstupanje izlaznog napona u opsegu radne temperature je minimalno zbog inovativna tehnologija stabilizacija.