Датчики тока компании Honeywell

А. Маргелов

Датчики тока на основе эффекта Холла Honeywell позволяют решить множество задач в области силовой электроники, которые связаны с созданием систем обратной связи в электроприводном оборудовании для управления и защиты, а также измерении и контроле постоянного, переменного и импульсного токов в широких пределах с высокой точностью.

Несмотря на то, что в мире существует множество методов измерения тока, только три из них объединяет низкая стоимость и соответственно массовое производство. Среди них известные нам технологии: резистивная на основе токового трансформатора и на основе эффекта Холла. В таблице 1 приведен сравнительных анализ основных характеристик датчиков тока, выполненных с использованием этих трех технологий. Другие методы находят применение лишь в дорогостоящем лабораторном оборудовании.

Резистивный метод с использованием токового шунта является очень распространенным и недорогим. Однако ему свойствены два недостатка: поглощение мощности и, соответственно, нагрев и отсутствие электрической изоляции. Вместе с этим индуктивность большинства мощных резисторов ограничивает частотный диапазон. Низкоиндуктивные мощные шунты для ВЧ-при-ложений более дорогие, но и позволяют работать в диапазоне выше 500 кГц.

Токовые трансформаторы применяются только в случае измерения переменных токов. Большинство недорогих токовых трансформаторов работают в очень узком диапазоне частот и не способны измерять постоянный ток. Широкополосные же трансформаторы превосходят по стоимости датчики тока на эффекте Холла и резистивные. Однако токовые трансформаторы не вносят потерь, не требуют питания и не имеют напряжения смещения.

Рисунок 1 Структуре датчика

Датчики тока на эффекте Холла (открытого типа и компенсационные), которым и посвящена данная статья, представляют наиболее интересную группу распространенных на сегодняшний день устройств измерения тока. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности (и как следствие, выделение теплоты), хорошую электрическую изоляцию, широкий диапазон частот и возможность измерения постоянных токов. Недостатком, по сравнению с вышерассмотренными методами, является необходимость внешнего источника питания.

Компания Honeywell выпускает широкую линейку датчиков тока на эффекте Холла трех типов. Это датчики тока открытого типа, датчики тока компенсационного типа и датчики тока открытого типа с логическим выходом.

ДАТЧИКИ ТОКА ОТКРЫТОГО ТИПА

Эти датчики предназначены для бесконтактного измерения постоянного тока на эффекте Холла открытого типа

Рисунок 2 Внешний вид датчиков тока откРытого типа

го, переменного и импульсного токов в диапазонах ±57…±950 А. Структура приборов приведена на рис. 1.

Датчики тока открытого типа фирмы Honeywell (рис. 2) построены на базе интегрированных линейных датчиков Холла 91SS12-2 и SS94A1 (производятся Honeywell), обладающих повышенной температурной стабильностью и линейностью характеристики. Датчики имеют аналоговый выход, напряжение на котором прямо пропорционально величине тока, протекающего через контролируемый проводник. При нулевом токе на выходе действует напряжение смещения, равное половине напряжения источника питания. Размах выходного напряжения и, соответственно, чувствительность линейно зависят от напряжения источника питания (пропорциональный выход, 0,2511_пит < U_BUX < 0,75UJ. Дополнительная регулировка чувствительности производится путем увеличения числа витков проводника с током вокруг кольца магнитопровода датчика. Датчики на базе сенсора SS94A1 имеют двухтактный выходной каскад, построенный на комплементарной паре из биполярных p-n-p- и n-p-n-транзисторов, а на базе 91SS12-2 — каскад на p-n-p-транзис-торе с открытым коллектором. В таблице 2 приведены основные технические характеристики датчиков тока открытого типа.

ДАТЧИКИ ТОКА КОМПЕНСАЦИОННОГО ТИПА

Компенсационные датчики тока позволяют бесконтактным способом измерять постоянный, переменный и импульсный токи в диапазонах ±5… ±1200 А. Структура приборов приведена на рис. 3.

Таблица 1. Характеристики датчиков тока, выполненных на основе различных технологий
Датчики тока	Поглощение	Электрическая	Внешнее	Частотный	Напряжение	Относительная
	мощности	изоляция	питание	диапазон	смещения	стоимость
Резистивные DC	да	нет	нет	< 100 кГц	нет	самая низкая
Резистивные AC	да	нет	нет	> 500 кГц	нет	низкая
На эфффекте Холла	нет	да	да	< 100 кГц	да	средняя
открытые
На эфффекте Холла	нет	да	да	> 1 МГц	нет	высокая
компенсационные
Токовые трансформаторы	да (для АС)	нет	нет	фиксирован	нет	высокая

ИНЖЕНЕРНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Таблица 2	. Основные технические характеристики датчиков тока открытого типа компании Honeywell
Наименование Диапазон, А		Чувствительность, мВхЫ*		Напряжение Темп. дрейф Время 1_п, мА	Ч/ ^В
	(ампл. знач.)	номин. значение	откл.	смещ., В смещ., %/°С откл., мкс
Линейные датчики тока на базе сенсора 915512-2, выходной каскад — р-п-р откр. коллектор, вертикальный монтаж
CSLA1CD	±57	49,6
CSLA1CD	±57	49,6	5,8
CSLA1CE	±75	39,4	4,4
CSLA1DE	±⁷⁵	39,1	4,8
CSLA1CF	±100	29,7	2,7
CSLA1DG	±120	24,6	2,1
CSLA1CH	±150	19,6	1,8
CSLA1DJ	±225	13,2	1,2
CSLA1EJ	±225	13,2	1,5
CSLA1DK	±325	9,1	1,7
CSLA1EK	±325	9,4	1,3
CSLA1EL	±625	5,6	1,3	U_n/2 ±0,05 3 19	8…16
Линейные датчики тока на базе сенсора 5594А, выходной каскад — двухтактный р-п-р+п-р-п, вертикальный монтаж
CSLA2CD	±72	32,7	3
CSLA2CE	±92	26,1	2,1
CSLA2DE	±92	25,6	2,2
CSLA2CF	±125	19,6	1,3
CSLA2DG	±150	16,2	1,1
CSLA2DJ	±225	8,7	0,6	±0,02
CSLA2DH	±235	9,8	1,1
CSLA2EJ	±310	7,6	0,7
CSLA2DK	±400	5,8	0,5
CSLA2EL	±550	4,3	0,4	±0,0125
CSLA2EM	±765	3,1	0,36
CSLA2EN	±950	2,3	0,2	U_n/2 ±0,007 3 20	6…12
Линейные датчики тока на базе сенсора 915512-2, выходной каскад — р-п-р откр. коллектор, горизонтальный монтаж
CSLA1GD	±57	49,6	5,8
CSLA1GE	±75	39,4	4,4
CSLA1GF	±100	29,7	2,7	U_n/2 ±0,05 3 19	8…16

Линейные датчики тока на базе сенсора 5594А, выходной каскад — двухтактный р-п-р+п-р-п, горизонтальный монтаж

2,1 1,3

0,6 U_n/2 ±0,02 8 20 6.12

CSLA2GD CSLA2GE CSLA2GF CSLA2GG

±72 ±92 ±125 ±150

32,7 26,1

12,7

Структура датчика тока на эффекте Холла компенсационного типа

Рисунок 3 Структура датчика тока на эффекте Холла компенсационного типа

Ток, протекающий через контролируемый проводник, создает магнитное поле, пропорциональное величине этого тока, которое концентрируется внутри кольцевого магнитопровода и воздействует на линейный интегрированный датчик Холла. Сигнал датчика усиливается УПТ, нагрузкой которого является катушка ООС. Катушка создает в магнитопроводе противоположенное по направлению магнитное поле, полностью компенсирующее исходное. Выходом датчика служит второй вывод катушки. Таким образом, выходной сигнал — это ток, пропорциональный величине тока в контролируемом проводнике и числу витков катушки обратной связи (I ~ 1Ы).

Внешний вид датчиков тока компенсационного типа

Рисунок 4 Внешний вид датчиков тока компенсационного типа

К примеру, датчик с катушкой в 1000 витков формирует выходной ток в 1 мА на 1 А измеряемого тока. Токовый выход конвертируется в вольтовый при помощи внешнего резистора, рекомендованные значения которого всегда приводятся в технической документации на датчик. Дополнительная регулировка чувствительности производится путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца магнитопровода датчика или установкой перемычек, задающих число витков внутренней компенсационной катушки датчика (например, в моделях СБЫЕШ, СБЫЕ381). В таблице 3 приведены основные технические характеристики датчиков тока компенсационного типа.

Структура датчика тока с логическим выходом

Рисунок 5 Структура датчика тока с логическим выходом

Таблица Основные технические характеристики датчиков тока компенсационного типа компании Honeywell

Наименование	Диапазон, A U_n, В		Хар-ка катушки		Номин 1_вых	R_mrD при	t зад	, мкс	Изол.,	Точн.,
	(ампл. знач)		N	R, Ом	при 1_ит	1_ном, Ом			кВ	% от 1_ном
CSNN191	±15	±15	200	20	50 мА при 10 А	100.200	<	1,0	—	±2,5
CSNE151	±5…±36*	±15	1000	110	25 мА при 25 А	100.320	<	1,0	5	±0,5
CSNE151-005	±5…±36*	±15	1000	110	25 мА при 25 А	100.320	<	1,0	5	±0,5
CSNE381	±5…±36*	±5	1000	110	25 мА при 25 А	0.84	<	1,0	5	±0,5
CSNH151	±4…±43*	±15	1000	110	25 мА при 30 А	100.320	<	1,0	5	±0,5
CSNX25	±56	4,75.5,25	2000	50	12,5 мА при 25 А	0.80	<	0,2	—	±0,24
CSNA111	±70	±15	1000	90	50 мА при 50 А	40.130	<	1,0	2,5	±0,5
CSNE151-100	±90	±12…±15	1000	66	25 мА при 25 А	54.360	<	0,2	—	±0,5
CSNP661	±90	±12…±15	1000	30	50 мА при 50 А	70.195	<	0,5	3	±0,5
CSNP661-002	±90	±12…±15	1000	30	50 мА при 50 А	70.195	<	0,5	3	±0,5
CSNB121	±100	±15	2000	160	25 мА при 50 А	40.270	<	1,0	2,5	±0,5
CSNB131	±100	±15	2000	130	25 мА при 50 А	40.300	<	1,0	2,5	±0,5
CSNF161	±150	±12…±15	1000	30	100 мА при 100 А	10.40	<	0,5	3	±0,5
CSNF161-002	±150	±12…±15	1000	30	100 мА при 100 А	10.40	<	0,5	3	±0,5
CSNT651	±150	±12…±15	1000	100	25 мА при 50 А	40.75	<	0,5	3	±0,5
CSNT651-001	±150	±12…±15	1000	100	25 мА при 50 А	40.75	<	0,5	3	±0,5
CSNF151	±180	±12…±15	2000	100	50 мА при 100 А	10.75	<	0,5	3	±0,5
CSNF151-002	±180	±12…±15	2000	100	50 мА при 100 А	10.75	<	0,5	3	±0,5
CSNG251	±180	±15	2000	100	50 мА при 100 А	0.125	<	0,5	^—	±0,5
CSNG251-	±180	±15	2000	100	50 мА при 100 А	0.125	<	0,5	—	±0,5
CSNR151	±200	±12…±15	2000	100	62,5 мА при 100 А	10.40	<	0,5	3	±0,5
CSNR151-002	±200	±12…±15	2000	100	62,5 мА при 100 А	10.40	<	0,5	3	±0,5
CSNR161	±200	±12…±15	1000	30	125 мА при 125 А	30.40	<	0,5	3	±0,5
CSNR161-002	±200	±12…±15	1000	30	125 мА при 125 А	30.40	<	0,5	3	±0,5
CSNJ481	±600	±12…±18	2000	25	150 мА при 300 А	0.70	<	1,0	7,5	±0,5
CSNJ481-001	±600	±12…±18	2000	25	150 мА при 300 А	0.70	<	1,0	7,5	±0,5
CSNJ591	±1200	±12…±24	5000	50	100 мА при 500 А	0.130	<	1,0	6	±0,5
CSNK591-001	±1200	±12…±24	5000	50	100 мА при 500 А	0.130	<	1,0	6	±0,5

Внешний вид датчиков тока с логическим выходом

Рисунок 6 Внешний вид датчиков тока с логическим выходом

ДАТЧИКИ ТОКА С ЛОГИЧЕСКИМ ВЫХОДОМ

Датчики тока с логическим выходом (рис. 5) позволяют обнаружить превышение тока в контролируемом проводнике выше определенного значения и сформировать логический сигнал тревоги.

Основой этих приборов является интегрированный датчик Холла с логическим выходом. Структура датчиков приведена на рисунке справа. Значение порога срабатывания определяется моделью датчика и может иметь следующие значения: 0,5, 3,5, 5,0, 7,0, 10,0 и 54,00 А. Порог срабатывания может быть установлен меньше номинального значения путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца датчика. В таблице 4 приведены основные технические характеристики датчиков тока с логическим выходом.

Таблица 4. Основные технические характеристики датчиков тока c логическим выходом компании Honeywell

Наименование		I „„„,,„,,„,, A		!_вых _max,	^Чвых (0/1)^,
	(при 25С)	(при 25С)		мА	В	мкс
CSDA1AA	_0,5	0,08	6.16	20	0,4/Un	100
CSDA1AC	3,5	0,6	6.16	20	0,4/Un	100
CSDC1AA	0,5	0,08	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDC1AC	3,5	0,6	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDA1BA	0,5	0,08	6.16	20	0,4/Un	100
CSDA1BC	3,5	0,6	6.16	20	0,4/Un	100
CSDC1BA	0,5	0,08	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDC1BC	3,5	0,6	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDC1DA	0,5	0,08	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDA1DA	0,5	0,08	6.16	20	0,4/Un	100
CSDC1DC	3,5	0,6	5…±0,2	20	0,4/Un	100
CSDA1DC	3,5	0,6	6.16	20	0,4/Un	100
CSDD1EC	5	3,8	4,5.24	40	0,4/Un	60
CSDD1GK2	7	4	4,5.24	40	0,4/Un	60
CSDD1EG	10	7,6	4,5.24	40	0,4/Un	60
CSDD1FR	54,12	35,36	4,5.24	40	0,4/Un	60

Более подробную информацию о датчиках компании Honeywell можно найти по адресу http://content.honeywell.com/sensing/ products или запросить у официального дистрибьютора компании КОМПЭЛ (www.compel.ru, e-mail: honeywell@compel.ru).