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Strommessung Kriterien für die Auswahl des optimalen Stromsensors

| Autor / Redakteur: Marcus Hagn* / Sebastian Gerstl

Ständige Verbesserungen bei magnetfeldbasierten Stromsensoren führen dazu, dass ihr Einsatz in Automotive und Industrie zunimmt. Dieser Beitrag beschreibt die wichtigsten Auswahlkriterien.

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CB-Gehäuse (links) und LR-Gehäuse (rechts) im Größenvergleich: Moderne Stromsensoren werden immer leistungsfähiger, nehmen dabei aber auch zunehmend weniger Platz im System ein.
CB-Gehäuse (links) und LR-Gehäuse (rechts) im Größenvergleich: Moderne Stromsensoren werden immer leistungsfähiger, nehmen dabei aber auch zunehmend weniger Platz im System ein.
(Bild: Allegro)

Wenn es darum geht, den besten Weg für eine genaue Strommessung zu finden, ist man mit einer ganzen Reihe verschiedener Technologien konfrontiert, die alle ihre Vor- und Nachteile haben:

  • Sense-Widerstand mit zusätzlichem Operationsverstärker,
  • Hall-Sensoren,
  • magnetoresistive Sensoren,
  • Flux Gate,
  • Current Transformer.

Die kontinuierliche Verbesserung der magnetfeldbasierten Stromsensoren (Hall, magnetoresistiv) führt dazu, dass der Einsatz dieser vielseitigen Sensoren in unterschiedlichsten Applikationen zunimmt. Dieser Beitrag stellt die unterschiedlichen Stromsensoren von Allegro Microsystems vor, und beschreibt die wichtigsten Kriterien, die beachtet werden müssen, um den optimalen Stromsensor auszuwählen.

Bestimmung des zu messenden Strombereichs

Die erste Überlegung gilt dem Strombereich den man messen will. Dies bestimmt das Konzept, wie der Sensor aufgebaut sein muss. Für Ströme bis zu 200 A lässt sich der Strompfad mit dem Hall-Sensor in einem Gehäuse integrieren. Dies erlaubt ein sehr einfach zu implementierendes und robustes Design, das ohne Kalibrierung in der Applikation auskommt und deshalb eine sehr schnelle Time-to-Market garantiert.

Bild 1: Konstruktion des LR-Gehäuses.
Bild 1: Konstruktion des LR-Gehäuses.
(Bilder: Allegro)

Die Art des Gehäuses hängt dabei stark von der Stromklassen ab. Dies reicht vom 3 mm x 3 mm messenden QFN-Gehäuse für bis zu 30 A (z.B. ACS711) über das ca. 6 mm x 6 mm große LR-Gehäuse für 80 A (z.B. ACS780) bis hin zum 14 mm x 21,9 mm großen CB-Gehäuse für 200 A (z.B. ACS770). Das Grundprinzip ist in all diesen integrierten Sensoren das gleiche. In Bild 1 ist es schematisch dargestellt.

Der zu messende Strom wird durch das Gehäuse mit einem möglichst niedrigen Widerstand durchgeschleift (z.B. 200 µΩ im LR-Gehäuse). Der Hall-Sensor befindet sich im gleichen Gehäuse. Entweder sitzt er, wie hier gezeigt, über der Stromschiene, ohne diese zu berühren, und misst das durch den Stromfluss erzeugte Magnetfeld. Oder er sitzt daneben, und das Magentfeld wird mit Hilfe eines Konzentrators auf den Sensor gelenkt, wie im CB-Gehäuse.

Der Maximalstrom wird dabei nur durch die thermische Verlustleistung in dem niederohmigen Strompfad begrenzt. Kurzzeitig können deshalb deutlich höhere Ströme fließen und gemessen werden, ohne den Sensor zu schädigen. Dies kann in der Applikation häufig im Fall von Einschaltströmen vorkommen.

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