حل تحويل التيار الكهربائي منخفض الجهد عالي الكثافة مصغّر بناءً على تأثير هول (LVCT)
I. التحديات التقنية والأهداف
تواجه المحولات الكهربائية التقليدية (CTs) مشاكل في الحجم الكبير، وقيود القياس المقتصر على التيار المتردد، ومخاطر التشبع المغناطيسي. لمواجهة احتياجات الأنظمة الإلكترونية الحديثة الصغيرة (مثل إدارة البطاريات، محركات الخدمة، المحوّلات المدمجة) لتوفير المساحة، والتصميم الخفيف، وكشف التيار المستمر، والاستجابة العالية التردد، تقدم هذه الحلول نهج قياس التيار باستخدام تأثير هول مصغر وكثيف، متوافق مع التيار المتردد والمباشر.
II. التكنولوجيا الأساسية: مستشعر هول ذو دورة مغلقة للتوازن المغناطيسي + تكامل الدوائر المتكاملة المتخصصة (ASIC)
- الدارة المغناطيسية المصغرة ونواة الاستشعار
- الهيكلية ذات الدورة المغلقة للتوازن المغناطيسي: رقاقة هول مصغرة مبنية على السيليكون مدمجة داخل نواة مركزة للتدفق المغناطيسي (مادة عالية النفاذية).
- مبدأ إلغاء المجال المغناطيسي:
- اكتشاف المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الأساسي بواسطة رقاقة هول.
- مدار التغذية المرتدة عالي المكسب يحرك ملف ثانوي لإنتاج مجال مضاد، مما يحقق حالة "عدم وجود تدفق" في الوقت الحقيقي.
- يقوم تيار التغذية المرتدة بتقليد التيار الأساسي بدقة، مما يلغي اللاخطية والتغير الحراري المتأصل في التصميمات ذات الدورة المفتوحة.
- معالجة الإشارات المتكاملة بشكل كبير
- تكامل الدائرة المتكاملة المتخصصة (ASIC):
- تكبير الإشارات من هول بمستوى ضوضاء منخفض
- دوائر إلغاء التعويض الديناميكي
- خوارزمية تعويض درجة الحرارة عالية الدقة (لتقليل الانحراف الحراري للسيليكون)
- تصفية منخفضة التردد قابلة للتعديل (عادة: 100-250 كيلو هرتز)
- مرجع الجهد المتكامل وسائق الإخراج
- تصميم هيكل فائق الصغر
- نواة مصغرة: دارة مغناطيسية محسنة بفتحات صغيرة تصل إلى Ø5 ملم (فتحة ثقب قياسية) أو فتحات جبل سطحي مستطيلة.
- التغليف SMD/من خلال الثقب:
- حزم جبل سطحي (مثل SMD-8) لتجميع اللوحة الرئيسية مباشرة، الارتفاع ≤ 10 ملم.
- تصميم من خلال الثقب (بدون أطراف) يسمح بتوجيه الموصل مباشرة عبر فتحة النواة، مما يتيح التركيب المعزول كهربائيًا.
III. المزايا الرئيسية وعرض القيمة
|
الأبعاد |
الميزة |
عرض القيمة |
|
الفيزيائي |
- تخفيض حجم >70% |
توافق مع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الكثافة العالية |
|
- وزن خفيف للغاية (<5 غرام) |
مثالي للطائرات بدون طيار والأجهزة القابلة للحمل |
|
|
- الهياكل SMD/من خلال الثقب |
تبسيط التركيب |
|
|
الكهربائي |
- قياس التيار المتردد والمباشر (DC-100 كيلو هرتز) |
مراقبة نظام الدفع الكهربائي للمركبات الكهربائية |
|
- العزل الكهربائي (>2.5 كيلو فولت) |
كشف التسرب في محوّلات الطاقة الشمسية OCP/PV |
|
|
- مقاومة شبه كاملة للتشبع |
تقدير دقيق لنسبة الشحن في البطارية |
|
|
- انحراف حراري منخفض (<0.05%/°C) |
||
|
تكلفة النظام |
- تيار استراحتي بمقدار ميكرو أمبير |
تمديد عمر البطارية في الأجهزة المحمولة |
|
- عدم الحاجة لمكونات تعويض خارجية |
تخفيض تكاليف قائمة المواد والمعايرة |
|
|
- توافق كامل مع التلقائية SMT |
قابلية للتطوير لأعداد مليون وحدة |
IV. التطبيقات المستهدفة
- إدارة البطاريات (BMS): اكتشاف التيار المباشر بدقة عالية (±1%) لدورة الشحن والتفريغ في المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة.
- المحوّلات المدمجة: السيطرة على تيار المرحلة في الوحدات IGBT (حلول SMD في نطاق 100 أمبير).
- محركات الخدمة: أخذ عينات من تيار المحرك متعدد المحاور (مجموعات CT SMD متوازية).
- المتر الذكي: قياس المكون المستمر (منع التلاعب والسرقة).
- وحدات الطاقة في مراكز البيانات: مراقبة التيار على مستوى الرف (تكامل من خلال الثقب بكثافة عالية).
V. قابلية التوسع وخطة المستقبل
- تغطية نطاقات متعددة: حزمة واحدة تدعم نطاقات 20-500 أمبير (عبر تحسين نسبة النواة/الملف).
- واجهة رقمية: خيارات الإخراج I²C/SPI (ASIC متكامل مع ADC).
- الفئة عالية الدقة: الدورة المغلقة تحقق خطية 0.5% (25°C)، مما يتوافق مع معايير القياس الفئة 1.
