FMCC GROUP
Компоненты и технические решения для силовой электроники

Руководство по расчету датчиков тока по технологии эффекта Холла замкнутого контура
ES, ESM, CS, MP и EL

1 - Напоминание ключевых моментов (эффект Холла)

 Формулы:                  Аббревиатуры 
  NP x IP = NS x IS

 VA = e + VS + VM

VS = RS x IS

VM = RM x IS
NP : число витков первичной обмотки
IP  : первичный ток
IPN  : номинальный первичный ток
NS :  число витков вторичной обмоткиIS : output secondary current
VA : напряжение питания
e :   падение напряжения в выходных транзисторах (и в защитных диодах, если подобное имеет место)
VS : падение напряжения во вторичной обмотке
VM : измеряемое напряжение
RS : сопротивление вторичной обмотки
RM : измерительное сопротивление

Величина «е» при биполярном питании датчика

  Датчик  ES100ES300...ES2000   ESM1000 CS300...CS1000  CS2000MP или EL 
  Напряжение "e" 2,5 В 1 В 2 В 2,5 В  1,5 В  3 В

Схематичная диаграмма вторичной цепи



2 - Измерение (вторичная цепь датчика)

Пример с ES300C датчиком

NP/NS  =1/1200
 IPN =300A
 RS =33Ом (при +70°C)
 IS = 0,15A (при IPN)
 e =1В

2.1 - Какое потребуется нагрузочное сопротивление (RM) чтобы получить измеряющий сигнал 8В (VM = 8 В) если ток IP= (пиковый)?

 IS = (NP / NS) x IP= (1 / 2000) x 520  = 0,26A peak
 RM = VM / IS = 8 / 0,26 = 30,77Ом


Мы должны проверить, что датчик может измерить эти 520А (пиковое):
VA ≥ e + VS + VM

Если VA = ±15V (±5%), тогда мы должны проверить, что
15 x 0,95 ≥ 1 + (33 x 0,26) + 8 что неверно когд 14,25В< 17,58В

поэтому напряжение питания должно быть больше либо равно 17,58В. 
Выбираем  ±24В (±5%) .
Проверяем что 24 x 0.95 ≥  17.58В.

Заключение
Датчик ES300С может измерять пик 520А при следующих условиях:
VA = ±24В (±5%)
RM = 30,77Ом
Чтобы получить сигнал в 8В при пике 520А.

2.2 - Последовательность расчета, если требуемый сигнал только 5В:

RM = VM / IS                    = 5 / 0,26  =                                        19,23Ом
Мы должны проверить, что датчик может измерить эти 520А (пиковое)
VA ≥ e + VS + VM

Если VA = ±15В (±5%), тогда мы должны проверить, что
15 x 0.95 ≥  1 + (33 x 0.26) + 5 что неверно, когда  14.25В< 14.58В

Поэтому напряжение питания должно быть больше либо равно 14,58В. Выбираем ±24В (±5%) или ±15В с малым допуском, например: ±15В (±2%). (15В х 0,98 > 14,58В)

Заключение :
Датчик Es300C  может измерять пик 520А при следующих условиях:
VA = ±15В (±2%)
RM = 19,23Ом
Чтобы получить сигнал в 5В при пике 520А.
Обычно, чем больше измеряющий сигнал, тем больше нагрузочное сопротивление и более высокое напряжение питания датчика необходимы. Температурный режим датчика задается заранее.

2.3 - Какой максимальный ток может измерить датчик ES300C при следующих условиях:

VA = ±15В (±5%)
RM = 15Ом
Из базовых формул получаем следующую формулу:
ISMAX = (VAMIN - e) / (RS + RM)                     = [(15 x 0,95) - 1] / (33 + 15)           = 0,276A пиковое
Теперь рассчитаем эквивалентный первичный ток:
IP = (NS / NP) x IS                                        = (2000 / 1) x 0,276                         = 552A пиковое

Заключение :

Датчик ES300C  может измерять пик 552А при следующих условиях:
VA = ±15В (±5%)
RM = 15Ом
Замечание: пиковый ток 552А не должен быть продолжительным. По вопросам, связанным с особыми требованиями, обращайтесь к дистрибьюторам.

2.4 - Какое влияние оказывает температура окружающей среды на показания датчика?

Берем условия такие как в пункте 2.3 (электрические параметры). Расчеты были проделаны при максимальной рабочей температуре +70°С. Если эта максимальная температура +50°С, тогда класс измерений может быть увеличен:

RS = 33Ω при +70°C                           At +50°C, RS = 30,5Ом                         тогда,
ISMAX = (VAMIN - e) / (RS + RM)         = [(15 x 0,95) - 1] / (30,5 + 15)           = 0,291A пиковое
Рассчитаем эквивалентный первичный ток:
IP = (NS / NP) x IS                            = (2000 / 1) x 0,291                           = 582A пиковое

Заключение:
Какое влияние оказывает температура окружающей среды на исполнение датчика?
VA = ±15V (±5%)
RM = 15Ом
Максимальная рабочая температура = +50°С.
Замечание: пиковый ток 582А не должен быть продолжительным. По вопросам, связанным с особыми требованиями, обращайтесь к дистрибьюторам.Обычно, чем ниже окружающая температура, тем более значителен измеряемый ток. Температурный режим датчика определяется заранее.


2.5 - Какое влияние оказывает витковый коэффициент на параметры датчика?

Берем условия как в пункте 2.3. Расчеты были произведены при витковом коэффициенте 1/2000. Если он будет 1/1500 (нестандартный коэффициент для датчика на 300А), тогда:

IS = (NP / NS) x IP           = (1 / 1500) x 552            = 0,368 peak             (IP = 522A как в пункте 2.3)
Рассчитаем напряжение на клеммах:
● при витковом коэффициенте 1/2000:
VM = RM x IS                  = 15 x 0,276                     = 4,14В
●  при витковом коэффициенте 1/1500:
VM = RM x IS                  = 15 x 0,368                     = 5,52В

Заключение :
Датчик ES300C может измерять пик 552А при следующих условиях
VA = ±15В (±5%)
RM = 15Ом
VM = 4.14В при витковом коэффициенте 1/2000
VM = 5.52В при витковом коэффициенте 1/1500
Обычно, чем ниже витковый коэффициент, тем более значителен выходной ток и более высокое измеряющее напряжение. Температурный режим датчика определяется заранее.

2.6 - Какое влияние оказывает напряжение питания на параметры датчика:

Берем условия как в пункте 2.3. Расчеты были произведены при напряжении питания ± 15В (± 5%). Пересчитаем при напряжении питания ± 24В (± 5%)

Из базовых формул получаем следующую формулу:
ISMAX = (VA MIN - e) / (RS + RM)          = [(24 x 0,95) - 1] / (33 + 15)         = 0,454A пиковое
Рассчитаем эквивалентный первичный ток:
IP = (NS / NP) x IS                              = (2000 / 1) x 0,454                       = 908A пиковое

Заключение :
датчик ES300C может измерить пик  908А при следующих условиях:
VA = ±24В (±5%)
RM = 15 Ом
Замечание: Пик 908А не должен быть длительным. Обычно, чем выше напряжение питания, более тем более значителен измеряющий ток и более высокое измеряющее напряжение. Температурный режим датчика определяется заранее.