Miniaturisierte Hochdichte Hall-Effekt Niederspannungsstromwandlerlösung (LVCT)
I. Technische Herausforderungen & Ziele
Traditionelle Stromtransformatoren (CTs) leiden unter großen Abmessungen, der Begrenzung auf AC-Messungen und dem Risiko von magnetischer Sättigung. Diese Lösung bietet einen miniaturisierten, hochdichten, für AC/DC kompatiblen Hall-Effekt-Stromsensor, um den Bedarf moderner kompakter elektronischer Systeme (z.B. Batteriemanagement, Servoantriebe, kompakte Inverter) an Platzersparnis, leichtem Design, DC-Erkennung und hoher Frequenzantwort zu erfüllen.
II. Kern-Technologie: Geschlossener Flussbilanz-Hall-Sensor + ASIC-Integration
- Miniaturisierter Magnetkreis & Sensorkern
- Geschlossene Flussbilanz-Architektur: Mikrosilizium-basierte Hall-Chip eingebettet in einen speziell entworfenen ringförmigen Flusskonzentrierenden Kern (Material mit hoher Permeabilität).
- Prinzip der Magnetfeldkompensation:
- Vom Primärstrom erzeugtes Magnetfeld wird vom Hall-Chip detektiert.
- Hochgains-Rückkopplungsschaltung treibt die Sekundärspule an, um ein Gegenfeld zu erzeugen und einen Echtzeit-"Nullfluss"-Zustand zu erreichen.
- Die Rückkopplungsstrom spiegelt den Primärstrom präzise wider, wodurch die Nichtlinearität und Temperaturschwankungen, die offenen Schleifenkonstruktionen inhärent sind, beseitigt werden.
- Hochintegrierte Signalverarbeitung
- Dedizierte ASIC-Integration:
- Niedrigrauschige Verstärkung der Hall-Signale
- Dynamische Offset-Kompensationsschaltkreise
- Hochpräziser Temperaturkompensierungsalgorithmus (Minderung des Silizium-Temperaturdrifts)
- Einstellbares Tiefpassfilter (typisch: 100–250 kHz)
- Integrierter Spannungsreferenz und Ausgabe-Treiber
- Ultra-kompaktes Strukturentwurf
- Miniaturisierter Kern: Optimierter Magnetkreis mit Bohrungen bis hinunter zu Ø5mm (Standard-Durchsteckkontakt) oder rechteckigen Oberflächenmontageöffnungen.
- SMD/Durchsteckkontakt-Paketierung:
- Oberflächenmontagepakete (z.B. SMD-8) für direkte PCB-Montage, Höhe ≤ 10mm.
- Durchsteckkontakt-Design (leiterlos) ermöglicht die direkte Leitungsführung durch das Kernloch, was eine galvanisch isolierte Installation ermöglicht.
III. Schlüsselvorteile & Wertangebot
|
Dimension |
Vorteil |
Wertangebot |
|
Physisch |
- >70% Größenreduktion |
Hochdichte PCB-Kompatibilität |
|
- Ultraleichtes Gewicht (<5g) |
Ideal für Drohnen/handgehaltene Geräte |
|
|
- SMD/Durchsteckkontakt-Strukturen |
Vereinfachte Installation |
|
|
Elektrisch |
- AC/DC-Strommessung (DC–100kHz) |
Überwachung von EV-Antriebssträngen |
|
- Galvanische Isolation (>2.5kV) |
Solar-Inverter-OCP/PV-Leckagedetektion |
|
|
- Virtuell immun gegen Sättigung |
Hochgenaue Batteriesoz-Schätzung |
|
|
- Geringe thermische Drift (<0.05%/°C) |
||
|
Systemkosten |
- Mikroampere-Strom im Leerlauf |
Verlängerung der Batterielaufzeit in tragbaren Geräten |
|
- Null externe Kompensationskomponenten |
Reduzierte BOM- und Kalibrierkosten |
|
|
- Vollständige SMT-Automatisierungskompatibilität |
Skalierbar für Millionenstückproduktion |
IV. Zielanwendungen
- Batteriemanagement (BMS): Hochpräzise DC-Stromdetektion (±1%) für Lade- und Entladezyklen von EV/ESS.
- Kompakte Inverter: Phasenstromsteuerung in IGBT-Modulen (100A-Bereich SMD-Lösungen).
- Servoantriebe: Mehrachsige Motormessung (parallele SMD-CT-Arrays).
- Smart Meter: DC-Komponentenmessung (Manipulations- und Diebstahlschutz).
- Data Center PSUs: Rack-gebundene Stromüberwachung (hohe Dichte Durchsteckkontakt-Integration).
V. Skalierbarkeit & Zukünftiger Roadmap
- Mehrere Messbereiche: Ein Paket unterstützt 20A–500A-Bereiche (durch Optimierung des Kern-/Spulenverhältnisses).
- Digitale Schnittstelle: Optionale I²C/SPI-Ausgabevarianten (ADC-integrierter ASIC).
- Hochpräzisionsklasse: Geschlossene Schleife erreicht 0.5% Linearität (bei 25°C), entspricht Klass-1-Messstandards.
