Ein hochgenaues Abbild der Leistungselektronik

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Die Stromsensoren sind Schlüsselbauelemente

In den Steuerungen solcher Geräte arbeiten heute fast ausschließlich Mikroprozessoren, deren Programme ihre Entscheidungen anhand von zahlreichen Eingangsgrößen, wie Drehzahl, Spannung, Temperatur und Strom treffen. Eine ganz wichtige Größe ist dabei immer der Strom, welcher in Richtung der Last (des Motors, des Verbrauchers, der Batterie) fließt oder aus der Quelle (dem Stromnetz, der Batterie) entnommen wird. Ein genaues Abbild des Stroms wird vom Prozessor als Ist-Größe benötigt, damit dieser präzise die entsprechenden Maßnahmen initiiert, wie etwa das Auf- und Zusteuern der Leistungshalbleiter oder Abschaltung im Fehlerfall (Kurzschluss).

Der Strom muss immer dort erfasst werden, wo er fließt, also im Leistungskreis. Der Prozessor benötigt das Abbild des Stromes beispielsweise als Spannungssignal, elektrisch vom Leistungkreis isoliert, aber im exakt richtigen Verhältnis zum Originalstrom. Wie schon aus den Anwendungsbeispielen ersichtlich, kann dieser ein Gleichstrom, ein niederfrequenter Wechselstrom oder eine Kombination aus beidem sein; auch Anteile der hochfrequenten Taktfrequenz sind häufig überlagert und müssen erfasst werden.

Um ein genaues Abbild dieses Mischstroms zu gewinnen, werden seit vielen Jahren Stromsensoren genutzt. Der populärste Typ für präzise Stromerfassung im wichtigsten Marktsegment von einigen Ampere bis zu einigen hundert Ampere ist der magnetische Kompensationssensor. Solche Stromsensoren sind komplexe Bauelemente, bestehend aus mehreren Spulen, einem Magnetkern, einer Magnetfeldsonde und einer elektronischen Schaltung.

Stromsensoren mit Magnetsonde von der VAC

VAC ist ein Hersteller von weichmagnetischen Werkstoffen, die sich optimal zum Einsatz in Kompensationsstromsensoren eignen. Diese VAC-Stromsensoren mit VITROVAC-Magnetfeldsonde stehen in Wettbewerb zu herkömmlichen Stromsensoren. Im Gegensatz zu diesem vermeidet das VAC-Prinzip das Halbleiterrauschen des Hallgenerators und bietet deutlich bessere Temperatur- und Langzeiteigenschaften, weshalb VAC-Stromsensoren in Summe wesentlich präziser arbeiten.

Hergestellt werden die VAC-Stromsensoren kostengünstig und in gleichbleibend hoher Qualität in der Slowakei und in China.

Neue Stromsensor-Typen mit neuem Halbleiter

VAC gilt seit langem schon als ein weltweit führender Lieferant von Stromsensoren für zahlreiche Anwendungen. Seit einigen Jahren arbeitet VAC mit einem kundenspezifischen Halbleiterbaustein, der gemeinsam mit einem der weltweit größten Hersteller für integrierte Schaltkreise entwickelt wurde. Dieser IC mit dem Namen DRV401 ist ein so genannter ASSP (Application Specific Standard Product; anwendungsspezifischer Standardbaustein). Er enthält in hochintegrierter Form alle Funktionen der herkömmlichen Stromsensor-Elektroniken. Und nicht nur das, der Funktionsumfang wurde erweitert und die Qualität der Stromabbildung noch einmal verbessert.

Basierend auf diesem Baustein sind komplett neue Typenreihen für den Weltmarkt entstanden, die sich in den letzten Jahren äußerst erfolgreich am Markt durchgesetzt haben und quasi einen verbesserten Industriestandard darstellen.

Technische Highlights der neuen Typenreihen sind beispielsweise hohe Ströme in kleinen Abmessungen, sehr gute Messgenauigkeit, minimaler DC-Offset, vernachlässigbare Störsignale wie Rauschen oder periodische Störungen am Ausgang, großer Umgebungstemperaturbereich, sehr geringe Temperaturabhängigkeit der Ausgangsgröße. Sensoren für +5 und +12 bis 15 V Spannungsversorgung sind verfügbar, Abmessungen und Pinning sind kompatibel, Reflow-lötbare Typen (Through Hole Reflow-Pin in Paste) stehen zur Verfügung. Nicht zuletzt sind ein weiter Frequenzbereich und ein kostengünstiger Aufbau markante Produkteigenschaften. Beim mechanischen Aufbau setzt die VAC auf eine intelligente Konstruktion und präzise gefertigte Einzelteile, die mittels relativ weniger Arbeitsschritte zum fertigen Endprodukt zusammengesetzt werden.

Kunden, die daran interessiert sind, können den neuen IC auch gesondert beziehen, die notwendige Schaltung auf ihrer Geräteplatine aufbauen und ihn mit passiven Sensormodulen der VAC betreiben. Ein Vorteil dieser Anwendungsvariante ist die mögliche Kosteneinsparung bei großen Stückzahlen. Auch ist eine größere konstruktive Flexibilität gegeben, da sich Auswerteelektronik und Sensormodul räumlich getrennt anordnen lassen.

Bei Bedarf gibt es einen erweiterten Funktionsumfang

Sehr interessant ist der erweiterte Funktionsumfang des IC, der auf diese Weise zugänglich wird. Hierzu gehören eine Überstrom-Signalisierung, Fehlermeldungen bei zu geringer Versorgungsspannung, defekter Magnetsonde oder Kompensationsspule sowie eine Entmagnetisierungsfunktion für den Magnetkern zur weiteren Verringerung des Messfehlers bei kleinen Strömen.

Stromsensoren für industrielle Anwendungen stellen einen wichtigen Produktbereich der VAC dar. Das Geschäftsgebiet Kerne und Bauelemente (KB) ist hierbei verantwortlich für die technische Unterstützung der Kunden weltweit. Durch das von VAC entwickelte Funktionsprinzip und das weit reichende Anwendungs-Know-How hat sich das Hanauer Unternehmen eine gute Position im Markt erarbeitet. Neue Produktentwicklungen, die strategische Partnerschaft mit einem der größten IC-Hersteller und die enge technische Zusammenarbeit mit Kunden sichern den Technologie-Vorsprung.

* * Susanne Ganz... ist Product Marketing Manager Industrial Applications bei der VAC/Hanau.

* Klaus Reichert... ist Leiter Produktmarketing Industrieanwendungen bei der VAC, Hanau.

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