روش ترانسفورماتور جریان کم فشار با چگالی بالا و اثر هال مینیاتوری شده
I. چالش‌های فنی و اهداف
ترانسفورماتورهای جریان سنتی (CTs) دارای اندازه بزرگ، محدودیت اندازه‌گیری فقط در AC و خطر اشباع مغناطیسی هستند. برای پاسخ به نیازهای سیستم‌های الکترونیکی کوچک مدرن (مانند مدیریت باتری، درایوهای سروو، انورترهای کوچک)، این راه‌حل یک رویکرد تشخیص جریان Hall-Effect با تراکم بالا و سازگار با AC/DC ارائه می‌دهد که منجر به صرفه‌جویی در فضا، طراحی سبک وزن، تشخیص DC و پاسخ فرکانس بالا می‌شود.
II. فناوری اصلی: حسگر Hall با حلقه تعادل شونده + یکپارچگی ASIC
- مدار مغناطیسی کوچک و هسته تشخیصی
- معماری حلقه تعادل شونده: چیپ Hall کوچک سیلیکونی درون یک هسته تمرکز میدان مغناطیسی (مواد با نفوذپذیری بالا) طراحی شده خاص قرار دارد.
- اصل لغو میدان مغناطیسی:
- میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان اصلی توسط چیپ Hall تشخیص داده می‌شود.
- مدار بازخورد با ضریب بالا کویل ثانویه را برای تولید میدان مقایسه‌ای کنترل می‌کند که وضعیت "صفر میدان" در زمان واقعی را به دست می‌آورد.
- جریان بازخورد دقیقاً جریان اصلی را تکرار می‌کند و غیرخطی بودن و افت حرارتی ذاتی طرح‌های باز را حذف می‌کند.
- پردازش سیگنال یکپارچه شده
- یکپارچگی ASIC اختصاصی:
- تقویت کننده با نویز پایین سیگنال‌های Hall
- مدار لغو شدن خطا پویا
- الگوریتم جبران دما با دقت بالا (کاهش افت حرارتی سیلیکون)
- فیلتر پایین‌گذر تنظیم‌پذیر (معمولی: 100–250 kHz)
- منبع ولتاژ یکپارچه و درایور خروجی
- طراحی ساختاری بسیار کوچک
- هسته کوچک: مدار مغناطیسی بهینه‌شده با سوراخ‌های کوچک تا Ø5mm (استاندارد through-hole) یا بازشوی سطحی مستطیلی.
- بسته‌بندی SMD/through-hole:
- بسته‌های سطحی (مانند SMD-8) برای مونتاژ مستقیم روی PCB، ارتفاع ≤ 10mm.
- طراحی through-hole (بدون سیم) اجازه می‌دهد که رساننده مستقیماً از طریق سوراخ هسته عبور کند و نصب جداگانه الکتریکی را ممکن می‌سازد.
III. مزایای کلیدی و پیشنهاد ارزش
|
بعد |
مزیت |
پیشنهاد ارزش |
|
فیزیکی |
- کاهش بیش از 70% در اندازه |
سازگاری با PCB با تراکم بالا |
|
- وزن فوق‌العاده کم (<5g) |
مناسب برای هواپیماهای بدون سرنشین/دستگاه‌های دستی |
|
|
- ساختارهای SMD/through-hole |
نصب ساده‌تر |
|
|
الکتریکی |
- اندازه‌گیری جریان AC/DC (DC–100kHz) |
نظارت بر سیستم قدرت EV |
|
- جداسازی الکتریکی (>2.5kV) |
تشخیص OCP/PV نشتی در انورترهای خورشیدی |
|
|
- تقریباً محکم در برابر اشباع |
تخمین SOC باتری با دقت بالا |
|
|
- افت حرارتی پایین (<0.05%/°C) |
||
|
هزینه سیستم |
- جریان خاموش در سطح میکروامپر |
مدت عمر باتری بیشتر در دستگاه‌های قابل حمل |
|
- عدم نیاز به مولفه‌های جبران خارجی |
کاهش هزینه BOM و هزینه‌های کالیبراسیون |
|
|
- سازگاری کامل با خودکارسازی SMT |
قابلیت مقیاس‌پذیری برای تولید میلیون واحدی |
IV. کاربردهای هدف
- مدیریت باتری (BMS): تشخیص جریان DC با دقت بالا (±1%) برای چرخه‌های شارژ-رها در EV/ESS.
- انورترهای کوچک: کنترل جریان فاز در ماژول‌های IGBT (راه‌حل‌های SMD در محدوده 100A).
- درایوهای سروو: نمونه‌برداری جریان موتور چند محور (آرایه‌های موازی CT SMD).
- کنتورهای هوشمند: اندازه‌گیری مؤلفه DC (جلوگیری از تقلب و دزدی).
- PSU مرکز‌های داده: نظارت بر جریان در سطح رک (یکپارچگی through-hole با تراکم بالا).
V. مقیاس‌پذیری و نقشه آینده
- پوشش چند محدوده: یک بسته پشتیبانی از محدوده 20A–500A (به وسیله بهینه‌سازی نسبت هسته/کویل).
- رابط دیجیتال: گزینه‌های خروجی I²C/SPI اختیاری (ASIC با ADC یکپارچه).
- سطح دقت بالا: حلقه بسته دقت خطی 0.5% (در 25°C) را فراهم می‌کند که استاندارد‌های اندازه‌گیری کلاس 1 را برآورده می‌کند.
