پیشنهاد راه حل برای تبدیل کننده جریان ولتاژ پایین با چگالی بالا و اثر هال مینیاتوری شده
I. چالش‌های فنی و اهداف
ترانسفورماتورهای جریان سنتی (CTs) دارای مشکلاتی مانند اندازه بزرگ، محدودیت اندازه‌گیری فقط در حالت جریان متناوب، و ریسک اشباع مغناطیسی هستند. برای پاسخگویی به نیازهای سیستم‌های الکترونیکی فشرده مدرن (مانند مدیریت باتری، درایوهای سرو، انورترهای فشرده) برای صرفه‌جویی در فضا، طراحی سبک وزن، تشخیص جریان مستقیم و پاسخ بالا-فرکانس، این راه‌حل یک رویکرد کوچک‌سازی شده با چگالی بالا و سازگار با AC/DC برای تشخیص جریان اثر هال ارائه می‌دهد.
II. تکنولوژی اصلی: سنسور هال تعادلی حلقه بسته + یکپارچگی ASIC
- مدار مغناطیسی کوچک و هسته تشخیصی
- ساختمان حلقه بسته تعادل میدان مغناطیسی: تراشه هال میکرو سیلیکونی داخل یک هسته متمرکز کننده فلوکس (مواد با نفوذپذیری بالا) طراحی شده خاص قرار دارد.
- اصل لغو میدان مغناطیسی:
- میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اصلی توسط تراشه هال شناسایی می‌شود.
- مدار بازخورد با ضریب بالا دایره ثانویه را برای تولید میدان مقایسه‌ای می‌راند و وضعیت "صفر فلوکس" را در زمان واقعی به دست می‌آورد.
- جریان بازخورد دقیقاً جریان اصلی را تکثیر می‌کند و غیرخطی بودن و انحراف دما را که در طراحی‌های حلقه باز وجود دارد، حذف می‌کند.
- پردازش سیگنال یکپارچه شده بالا
- یکپارچگی ASIC اختصاصی:
- تقویت کننده پایین‌صدا سیگنال‌های هال
- مدار لغو تغییرات پویا
- الگوریتم جبران دما با دقت بالا (کاهش انحراف حرارتی سیلیکون)
- فیلتر پایین‌گذر تنظیم‌پذیر (معمولاً: ۱۰۰-۲۵۰ kHz)
- منبع ولتاژ یکپارچه و موتور خروجی
- طراحی ساختاری فوق‌فشرده
- هسته کوچک‌سازی شده: مدار مغناطیسی بهینه با دهانه‌های کوچک تا Ø5mm (استاندارد سوراخ عبوری) یا دهانه‌های مستطیلی سطحی.
- بسته‌بندی SMD/سوراخ عبوری:
- بسته‌های سطحی (مانند SMD-8) برای مونتاژ مستقیم روی PCB، ارتفاع ≤ ۱۰mm.
- طراحی سوراخ عبوری (ساختار بدون پایه) اجازه می‌دهد که رساننده مستقیماً از طریق دهانه هسته عبور کند و نصب جداگانه الکتریکی را ممکن می‌کند.
III. مزایای کلیدی و ارزش پیشنهادی
|
بعد |
مزیت |
ارزش پیشنهادی |
|
فیزیکی |
- کاهش اندازه بیش از ۷۰٪ |
سازگاری با PCB با چگالی بالا |
|
- وزن بسیار کم (<5g) |
مناسب برای هواپیماهای بدون سرنشین/دستگاه‌های دستی |
|
|
- ساختارهای SMD/سوراخ عبوری |
نصب ساده |
|
|
الکتریکی |
- اندازه‌گیری جریان AC/DC (DC-100kHz) |
نظارت بر سیستم‌های توان EV |
|
- جداسازی گالوانیکی (>2.5kV) |
تشخیص OCP/PV نشتی در انورترهای خورشیدی |
|
|
- تقریباً محکم در برابر اشباع |
تخمین SOC باتری با دقت بالا |
|
|
- انحراف حرارتی پایین (<0.05%/°C) |
||
|
هزینه سیستم |
- جریان خاموش در سطح میکروامپر |
افزایش عمر باتری در دستگاه‌های قابل حمل |
|
- عدم نیاز به مولفه‌های جبران خارجی |
کاهش هزینه‌های BOM و کالیبراسیون |
|
|
- سازگاری کامل با اتوماسیون SMT |
قابلیت مقیاس‌پذیری برای تولید میلیون واحدی |
IV. کاربردهای هدف
- مدیریت باتری (BMS): تشخیص جریان DC با دقت بالا (±1%) برای چرخه‌های شارژ-ریز EV/ESS.
- انورترهای فشرده: کنترل جریان فاز در ماژول‌های IGBT (راه‌حل‌های SMD در محدوده ۱۰۰A).
- درایوهای سرو: نمونه‌برداری جریان موتور چند محور (آرایه‌های موازی CT SMD).
- کنتورهای هوشمند: اندازه‌گیری مؤلفه DC (جلوگیری از تقلب و دزدی).
- PSUهای مرکز داده: نظارت بر جریان در سطح رک (یکپارچگی سوراخ عبوری با چگالی بالا).
V. مقیاس‌پذیری و نقشه آینده
- پوشش محدوده چندگانه: یک بسته پشتیبانی از محدوده ۲۰A-۵۰۰A (از طریق بهینه‌سازی نسبت هسته/سیم).
- رابط دیجیتال: گزینه‌های خروجی I²C/SPI اختیاری (ASIC با ADC یکپارچه).
- سطح دقت بالا: حلقه بسته دقت خطی ۰.۵٪ (۲۵°C) را به دست می‌آورد و استانداردهای اندازه‌گیری کلاس ۱ را برآورده می‌کند.
