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Infineon / Mess- & Prüftechnik

Sensor2Go

22. Juni 2017, 10:06 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Strom messen leicht gemacht

Der TLI4970 ist ein Stromsensor auf Basis der Halleffekt-Technologie von Infineon, mit galvanischer Trennung zwischen der Stromschiene als Primärseite und der Schnittstelle zum Mikrocontroller als Sekundärseite (Bild 4). Durch das »kernlose« Konzept ohne Magnetflusskonzentrator wie bei Open-Loop-Konfigurationen lässt sich der Baustein deutlich verkleinern, zudem weist ein solcher Aufbau keine Hysterese-Effekte auf. Die vollständig digitale Sensorlösung erfordert keine externe Kalibrierung oder zusätzliche Komponenten wie A/D-Wandler, Operationsverstärker oder Spannungsreferenzen, sodass sich das Systemdesign entsprechend vereinfacht sowie die Leiterplattenfläche und die Kosten sinken. Der Chip im kleinen QFN-ähnlichen SMD-Gehäuse (7,0 mm x 7,0 mm) bietet eine Genauigkeit von 1,6 % über die Temperatur und Lebenszeit sowie einen Offset-Fehler von höchstens 75 mA. Der TLI4970 verfügt über eine Überstromerkennung mit konfigurierbaren Schwellwerten sowie programmierbare Filter. Die eine Stromaufnahme beträgt typisch 12 mA.

Das im TLI4970 implementierte differenzielle Messprinzip schützt gegen Störungen durch externe Magnetfelder, und der Sensor hat separate Strukturen zur Messung von Temperatur und mechanischem Stress. Da diese beiden Parameter im Betrieb separat gemessen werden, lässt sich das Bauteil permanent effektiv kompensieren. Dies ist der Grundstein für eine langzeitstabile Messung und damit für effiziente, zuverlässige und kostenoptimierte Umrichter oder Antriebe. Mit dem TLI4970 können Wechsel- und Gleichströme bis hin zu ±50 A in Applikationen wie Solar-Umrichtern, Stromversorgungen mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC), Ladegeräten oder elektrischen Antrieben gemessen werden.

Das kontaktfreie Messprinzip verursacht keine zusätzlichen Verluste und ist damit für stromsparende Designs (R_p < 0,6 mΩ) prädestiniert. Aufgrund der integrierten Streufeldunterdrückung ist der Sensor recht robust gegenüber externen Magnetfeldern.

Neben der genauen Strommessung lässt sich so auch eine Leistungsendstufe effizient schützen. Bei externen Kurzschlüssen können beispielsweise kritische Überströme auftreten. Um die Latenzzeit extrem kurz zu halten, stellt der TLI4970 einen parallelen Signalpfad zur Verfügung. Für die Fehlererfassung benötigt der Sensor somit typisch lediglich 1,8 µs.

Um die Überstromschwelle optimal an die Anforderungen der Applikation anzupassen, kann der Systementwickler sowohl den Stromwert als auch die nachgeschaltete Filterung im Sensor programmieren. Da die Stromschiene im SMD-Gehäuse integriert ist, lässt sich der Sensor bei der Auslieferung vollständig kalibrieren.

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Der TLI4970 ist einer der ersten Stromsensoren, der die Messwerte über die digitale 16-bit-SPI-Schnittstelle sendet. Er integriert z. B. Differenzverstärker, Filter und Signalverarbeitung und erlaubt den Aufbau einer galvanisch isolierten Messung bis zu 600 V Betriebsspannung und bis zu 3600 V Prüfspannung.

Auch für den Stromsensor TLI4970 steht mit dem Current Sensor 2Go (Bild 5) ein einfach einsetzbares Design-Kit zur Verfügung. Das Kit verfügt über ähnliche Eigenschaften wie das »3D Sensor 2Go«-Kit und enthält: