在工业控制等诸多领域,随着对控制性能要求的提高,伺服电机的使用越来越多,因此配套使用的伺服电机驱动器也随之增长。此类系统通常要进行电流的闭环控制,因此需要使用电流传感器来检测电流。常用的电流传感器有霍尔电流传感器、电阻传感器和光学电流传感器等三种。考虑到传感器的成本、体积和电气隔离性能等因素,霍尔型电流传感器是该场合使用最多的一种。
以典型的三相电动机为例,要进行三相电流闭环控制,在低成本方案中通常使用两个电流传感器检测电流。过去常用的高精度闭环补偿式霍尔电流传感器价格较高,增加了控制器成本,若使用传统的直接测量式霍尔电流传感器,则达不到预期的性能。因此就有学者提出取消电流传感器,然后通过估算电流大小进行电流闭环控制。估算电流的方法自然给控制器的运算单元带来负担,同时该方法对电机参数比较敏感,对于一般设计者很难达到预期的检测精度,也就达不到对电流进行有效控制的目的。
最近,allegro公司结合其半导体设计加工技术和磁参数霍尔传感技术而开发的acs706系列电流传感器,与高精度的闭环补偿式霍尔电流传感器相比,既保留了较高的精度,又降低了成本、缩小了体积。在低成本高性能的小功率伺服驱动器中,该系列传感器是一个不错的选择。
acs706系列电流传感器原理、特点
acs706系列电流传感器是一种基于霍尔效应的双向线性电流传感器,可测的电流有5a,15a,20a等规格。传导被测电流的导体部分与测量电路之间的交流隔离电压有效值为2500v,直流隔离电压为5000v。该器件采用soic8表贴封装,运行温度?40℃~+85℃。
该传感器管脚功能如图1所示。其1脚和2脚合起来通到3脚和4脚,用来传导待测电流,称为初级铜导体。器件的输出以vcc/2为中心,随着流过初级铜导体电流的增长而呈正向的线性增长。初级铜导体的典型的内阻为1.5m?,使得其损耗较小。铜导体的厚度允许器件最高可达3倍瞬时过流而不损坏。传导电流的管脚与传感引脚(5至8脚)之间电气隔离,这就使得acs706系列传感器可以用在需要电气隔离的场合,而不需要使用光隔离或者其他成本较高的隔离技术。
该电流传感器的特点如下:
1)尺寸小, soic8封装,节省空间;
2 )输出电压正比于交直流电流,输出灵敏度133mv/a,动态电流范围大。
3)输出偏移电压稳定,磁滞近乎为零。
acs706系列电流传感器的原理如图2所示,传感器中加入了电压调整模块和温度补偿模块。
acs706系列电流传感器为工业、汽车、商业及通讯系统应用提供了一个经济、高精度的解决方案。该器件的封装方便用户使用。典型的应用领域包括电机控制、负载检测与管理、开关电源和过流故障保护等。
针对传感器温度敏感性进行的实验
在使用acs704系列传感器的时候,发现该传感器的输出电压信号对器件的温度比较敏感。在布置pcb时,若把器件放置在功率器件附近,由于发热及传导,系统长时间运行时,会使得电流传感器温度较高,由于该系列芯片没有温度补偿环节,实验中发现器件输出的电压信号偏移较大,从而引起较大的电流测量误差,给驱动器的控制特性带来较大的负面影响。
acs706系列电流传感器对acs704系列进行了改进,加入了温度补偿环节和供电电压的调整环节。两者封装完全兼容,所以可以方便的移植到原控制板中。应用acs706系列传感器,偏差较大的问题得到解决,器件的综合指标满足低成本高精度伺服驱动器使用场合的需求。
通过对上述两种芯片的试用,不同的结果驱使我们想比较准确的把握两种芯片的特性,尤其是温度特性,因此设计了测量此类传感器温度敏感性的实验。
实验原理
随机抽取acs704elc-005传感器和acs706elc-05c传感器各两个,分别命名为1#704、2#704、1#706和2#706,按图3连好线,将传感器放入室内、烘箱或冷柜中,测试不同温度下传感器的输出信号与电流的对应关系。 测试温度变化范围-40℃~+120℃,温度测试点分别为-40℃、-20℃、20℃、40℃、60℃、90℃和120℃。
电流从-5a ~ +5a每逢整数电流测试一组数据,共11个测试点,而且在同一温度下,进行两次实验。
准确设定待测电流和供电电压vcc,记录输出电压vout和温度值。
实验结果及分析
在 不同温度下对4片样片进行测试, 1#704、2#704和1#706、2#706的输出电压与被测电流之间的关系分别如图4和图5所示。从实验结果看,除了1#706器件在-40℃时出现异常输出外,其余条件下器件的线性度较高,一致性较好。
器件在-40℃时异常可能的原因是该器件在低温实验之前经受了120℃的高温实验,而此温度是超出器件允许使用温度的,这样可能造成了器件内部故障,而在低温实验时体现出来。实验中发现,4个样品中有2个器件是先做高温实验后作