Kriterien für die Auswahl des optimalen Stromsensors

Anbieter zum Thema

OKW Odenwälder Kunststoffwerke Gehäusesysteme GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Externe Störungen

Hall-Sensoren sind auf Grund des Mess­prinzips sensitiv gegen externe magnetische Felder. Um diese Störungen zu unterdrücken, wird das Magnetfeld in vielen Sensoren von Allegro differentiell gemessen (z.B. ACS780). Dies ist in Bild 1 schematisch dargestellt.

Die beiden roten Quadrate zeigen die Position der Hall-Platten. Sie befinden sich auf den zwei unterschiedlichen Seiten des Stromflusses. Auf der einen Seite zeigen die magnetischen Feldlinien in die Ebene hinein, auf der anderen Seite aus der Ebene heraus.

Die Differenz dieser Magnetfelder ist damit proportional zum Stromfluss durch den Sensor. Gleichtaktfelder, die von außen aufgeprägt werden, werden durch die Differenzbildung unterdrückt. Dieses Messprinzip ist auf diese Weise deutlich robuster gegenüber externen Störungen als mit einem einfachen Sensor.

Gerade bei Schaltwandlern und Invertern kann die Spannung des stromführenden Leiters große dU/dt-Steigungen aufweisen. Im Gegensatz zu einem Sensor mit Shunt-Widerstand, der dadurch hohe Anforderungen an die Gleichtaktunterdrückung des Operationsverstärkers stellt, müssen beim Hall-Sensor nur kapazitive Kopplungen berücksichtigt werden. Diese werden bei den integrierten Sensoren von Allegro von einer Schirmung im Gehäuse minimiert.

Isolation

Bei Hall-Sensoren ist der Sensor prinzipbedingt galvanisch von dem stromführenden Leiter getrennt. Dies erlaubt eine einfache Messung des Stromes unabhängig von der Spannung des stromführenden Leiters. Vor allem auf der Hochspannungsseite von Schaltwandlern oder Invertern erlaubt das einen sehr einfachen Systemaufbau.

Allerdings ist besonders bei den integrierten Stromsensoren auf die Isolationsklasse zu achten. Der Sensor ist zwar galvanisch getrennt von dem stromführenden Leiter, befindet sich aber doch in unmittelbarer Nähe und darf deshalb nicht beliebigen Spannungen ausgesetzt werden.

So ist zum Beispiel der ACS780LR spezifiziert für eine Isolation bis 100 V und damit ideal für 48-V-Systeme geeignet, wohingegen ein ACS770 nach UL60950-1 zertifiziert ist mit einer Isolation von 4800 V für 60 Sekunden, und einer Basis Isolation von 700 V_rms. Dies erlaubt die sichere Trennung von der Stromführung und der Messelektronik.

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