โซลูชันตัวแปลงกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำความหนาแน่นสูงแบบฮอลล์เอฟเฟกต์ขนาดเล็ก
I. ความท้าทายทางเทคนิคและเป้าหมาย
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบดั้งเดิม (CTs) มีปัญหาเรื่องขนาดใหญ่ การวัดได้เฉพาะกระแสไฟฟ้าสลับ และความเสี่ยงจากการอิ่มตัวแม่เหล็ก ในการตอบสนองต่อความต้องการของระบบอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กในยุคใหม่ (เช่น ระบบจัดการแบตเตอรี่ เครื่องขับเคลื่อนเซอร์โว อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก) สำหรับการประหยัดพื้นที่ การออกแบบเบา ส่งตรวจกระแสตรง และการตอบสนองความถี่สูง โซลูชันนี้นำเสนอวิธีการตรวจจับกระแสไฟฟ้า Hall-effect ที่มีขนาดเล็ก ความหนาแน่นสูง และรองรับทั้งกระแสไฟฟ้าสลับและตรง
II. เทคโนโลยีหลัก: เซ็นเซอร์ Hall แบบวงจรป้อนกลับ Flux-Balance + การรวมระบบ ASIC
- วงจรแม่เหล็กขนาดเล็กและแกนตรวจจับ
- สถาปัตยกรรม Flux-Balance แบบวงจรป้อนกลับ: ชิป Hall บนซิลิคอนขนาดเล็กฝังอยู่ภายในแกนสะสมฟลักซ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ (วัสดุที่มีความพรุนสูง)
- หลักการยกเลิกสนามแม่เหล็ก:
- สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าหลักถูกตรวจจับโดยชิป Hall
- วงจรป้อนกลับที่มีความขยายสูงขับเคลื่อนขดลวดรองเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานกัน ทำให้ได้สถานะ "zero-flux" ในเวลาจริง
- กระแสป้อนกลับสะท้อนกระแสไฟฟ้าหลักอย่างแม่นยำ กำจัดความไม่เชิงเส้นและการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่มีอยู่ในการออกแบบแบบวงจรเปิด
- การประมวลผลสัญญาณที่รวมอย่างมาก
- การรวมระบบ ASIC เฉพาะ:
- การขยายสัญญาณ Hall ที่มีเสียงรบกวนต่ำ
- วงจรยกเลิกออฟเซ็ตแบบไดนามิก
- อัลกอริธึมการชดเชยอุณหภูมิความแม่นยำสูง (ลดการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิของซิลิคอน)
- การกรองความถี่ต่ำที่ปรับได้ (ปกติ: 100-250 kHz)
- การอ้างอิงแรงดันและไดรเวอร์เอาต์พุตที่รวมอยู่
- การออกแบบโครงสร้างขนาดเล็กมาก
- แกนขนาดเล็ก: วงจรแม่เหล็กที่ได้รับการปรับแต่งด้วยรูผ่านขนาดเล็กถึง Ø5mm (มาตรฐานผ่านรู) หรือเปิดผิวหน้าสี่เหลี่ยม
- บรรจุภัณฑ์ SMD/Through-Hole:
- บรรจุภัณฑ์ผิวหน้า (เช่น SMD-8) สำหรับการประกอบ PCB ได้โดยตรง ความสูง ≤ 10mm
- การออกแบบผ่านรู (โครงสร้างไม่มีขา) อนุญาตให้วางสายผ่านรูแกน ทำให้สามารถติดตั้งแบบแยกกาลวาไนต์ได้
III. ข้อได้เปรียบหลักและข้อเสนอคุณค่า
|
มิติ |
ข้อได้เปรียบ |
ข้อเสนอคุณค่า |
|
กายภาพ |
- ลดขนาดลงกว่า 70% |
เข้ากันได้กับ PCB ความหนาแน่นสูง |
|
- น้ำหนักเบา (<5g) |
เหมาะสำหรับโดรน/อุปกรณ์พกพา |
|
|
- โครงสร้าง SMD/ผ่านรู |
การติดตั้งง่าย |
|
|
ไฟฟ้า |
- การวัดกระแสไฟฟ้าสลับและตรง (DC-100kHz) |
การตรวจสอบระบบขับเคลื่อน EV |
|
- การแยกกาลวาไนต์ (>2.5kV) |
การตรวจจับ OCP/PV รั่วไหลในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ |
|
|
- แทบไม่ได้รับผลกระทบจากการอิ่มตัว |
การประมาณ SOC แบตเตอรี่ที่แม่นยำสูง |
|
|
- การเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิต่ำ (<0.05%/°C) |
||
|
ต้นทุนระบบ |
- กระแสไฟฟ้าคงที่ระดับไมโครแอมแปร์ |
อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้นในอุปกรณ์พกพา |
|
- ไม่ต้องใช้คอมโพเนนต์ชดเชยภายนอก |
ลดต้นทุน BOM และการสอบเทียบ |
|
|
- รองรับการผลิตแบบ SMT ทั้งหมด |
สามารถขยายขนาดการผลิตได้ถึงหลายล้านชิ้น |
IV. แอปพลิเคชันเป้าหมาย
- การจัดการแบตเตอรี่ (BMS): การตรวจจับกระแสไฟฟ้าตรงที่มีความแม่นยำสูง (±1%) สำหรับวงจรชาร์จ-ปล่อยของ EV/ESS
- อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก: การควบคุมกระแสเฟสในโมดูล IGBT (โซลูชัน SMD สำหรับกระแส 100A)
- เครื่องขับเคลื่อนเซอร์โว: การสุ่มตัวอย่างกระแสมอเตอร์หลายแกน (อาร์เรย์ CT SMD ขนาน)
- มิเตอร์อัจฉริยะ: การวัดส่วนประกอบกระแสตรง (ป้องกันการปลอมแปลง/ขโมย)
- PSU ศูนย์ข้อมูล: การตรวจสอบกระแสในระดับแร็ค (การรวมผ่านรูความหนาแน่นสูง)
V. การขยายขนาดและแผนงานอนาคต
- การครอบคลุมช่วงหลายระดับ: แพ็คเกจเดียวรองรับช่วง 20A-500A (ผ่านการปรับปรุงอัตราส่วนแกน/ขดลวด)
- อินเทอร์เฟซดิจิทัล: ตัวเลือกเอาต์พุต I²C/SPI (ASIC ที่รวม ADC)
- ระดับความแม่นยำสูง: วงจรป้อนกลับทำให้ได้ความเชิงเส้น 0.5% (ที่ 25°C) ตรงตามมาตรฐานการวัด Class 1
