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莱姆开环数字输出传感器的原理解析

1、小序

在微处置惩罚器和传感器变得越来越便宜的本日,全自动或半自动系统可以包孕更多智能性功能,能从其情况中得到并处置惩罚更多不合的参数。数字传感器的体积异常微小并且能耗与资源也很低,具有伟大年夜的利用潜力和前景。同时,数字化传感器对电子市场具有紧张的推动感化。现在系统设计所包孕的传感器和处置惩罚器越来越多。跟着传感器和处置惩罚器价格的赓续低落,取代机器节制布局的阈值也在赓续变更。在电力电子系统中选择精确的传感器组合和处置惩罚算法可以显明地低落原材料及能耗的用度并前进系统的总体机能。

本文就针对电力电子行业的数字化需求,先容了莱姆新一代数字化传感器办理规划。

2、S-D型ADC道理及特征

所谓的 S-D ADC的道理,便是使用过采样(Oversampling)技巧、噪声整形技巧和数字滤波技巧以很低的采样分辨率和很高的采样速度将模拟旌旗灯号数字化,将高分辨率的转换问题化简为低分辨率的转换问题,增添有效分辨率。与几种传统ADC比拟,过采样Σ-ΔA/D变换器因为采纳了过采样技巧和Σ-Δ调制技巧,增添了系统中数字电路的比例,削减了模拟电路的比例,并且易于与数字系统实现单片集成,因而能够以较低的资源实现高精度的A/D变换器,适应了VLSI(VeryLarge Scale Integrated circuites)技巧成长的要求。

其主要的特征为:

◆Σ-△型A/D转换器基于过采样Σ-△调制和数字滤波,使用比奈奎斯特采样频率大年夜得多的采样频率获得一系列粗拙量化数据,并由后续的数字抽取器谋略出模拟旌旗灯号所对应的低采样频率的高分辨率数字旌旗灯号。

◆其体现出的优点是元件匹配精度要求低,电路组成以数字电路为主,能有效的用速率换取分辨率,无需微调工艺就可得到较高位数的分辨率,制作资源低,得当于标准CMOS单片集成技巧。

◆∑-△调制器以采样速度输出1bit数据流,频率可高达MHz量级,例如莱姆HMSR/HO等系列产品频率均可达20MHz。数字滤波和抽取的目的是从该数据流中提掏出有用的信息,并将数据速度低落到可用的水平。

◆∑-△ADC 中的数字滤波器对1bit数据流求匀称,移去带外量化噪声并改良ADC的分辨率。数字滤波器抉择了旌旗灯号带宽、建立光阴和阻带抑制。

3、LEM 开环数字输出电传布感器

LEM公司针对数字化的市场需求,在经典开环传感器的根基上基于∑-△ ADC的技巧,开拓出了一系列的先辈数字输出传感器。其基滥觞基本理如图1所示。

图1 数字传感器及滤波利用框图

原边电流,即被测电流Ip孕育发生的磁场被敏感元件HALL检测输出弱电压旌旗灯号VH, VH与检测到电流成正比。然后颠末O.A放大年夜、∑-△调制及标准数字化转换等旌旗灯号处置惩罚后,输出Vout表示原边电流模拟量的实际状况。为了优化机能,HALL和旌旗灯号处置惩罚电路被组合成一个零丁的CMOS ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)。

LEM开拓研制了机能良好的新一代带二阶∑-△调制器的集成ASIC,并被利用在新的产品系列中。传感器输出旌旗灯号为比特流,比特流中1的密度与被丈量的电流成比例(如图2所示)。

图2 输出比特流示意

用户必要应用一个数字滤波器来处置惩罚比特流,如图3所示。其优点是接口简单,而且应用者可以选择和定义滤波器,以便输出款式适用详细的利用和匹配系统的需求。

图3 数字传感器及滤波利用框图

4、LEM数字传感器HLSR/HO及利用实例

4.1 新型数字输出传感器HLSR/HO系列特征

莱姆最新宣布的系列数字输出型开环霍尔效应电传布感器:HO和HLSR,它们便是基于Σ-Δ调制器道理,输出旌旗灯号为1位串行比特流旌旗灯号的数字传感器。该新品具有4种不合的机器设计来满意PCB安装和盘式安装的要求,其可以对额定值为16、32、40、50、80、100、120、150、200、250ARMS的电流进行丈量(如表1所示,图4所示),并具有20kHz带宽,12位的分辨率。

图4 新型数字传感器

新型数字传感器能够供给多种数字旌旗灯号输出。包括2线制模式,CMOS(时钟可以为输入或输出模式)、RS422 Manchester或LVDS Manchester,可满意最小化所需的连接;或LVDS或RS 422(时钟输入或输出)4线制模式。数字输出容许应用者选择相宜的滤波器来处置惩罚比特流,以便于在分辨率和相应光阴之间进行优化。

表1.新型数字传感器特点表(部分特点)

HO系列增添了2个额外的引脚,可实现时钟和数据的差分旌旗灯号处置惩罚,满意RS422和LVDS标准。别的,传感器时钟输入旌旗灯号可设置设置设备摆设摆设范围为5 – 12.5MHz,以是全部系统可以应用同一时钟。

4.2 数字传感器利用实例

对一个给定的比特流,用户可以采纳几个不合的滤波器(如图5)。例如:为实现“电流环”功能:假如采纳sinc3滤波器、512的过采样率(OSR),则可获得有效分辨率为12位,带宽为5.5kHz的旌旗灯号。

同样的,为实现“超限检测”功能,假如采纳sinc2滤波器、16的OSR,对应相同的比特流则可获得分辨率为6位,5.5µs相应光阴的旌旗灯号。

别的,为了前进设备的安然性,HO系列传感器还具有过流检测(OCD)功能,它可以在A/D变换器前级检测过流旌旗灯号,并给出响应的输出值,使系统快速启动保护电路,获得保护目的。OCD的相应光阴为2us。

图5 数字旌旗灯号处置惩罚实例

5、结论

本文针对电力电子数字化的需求做了简要先容,结合对∑-△ADC道理的阐述,以及莱姆开环数字输出传感器道理的阐发,阐清楚明了应用数字输出的滤波器的特征;在此根基上较为周全的先容了莱姆新型数字传感器HO/HLSR系列产品,并给出了利用实例。经由过程该实例可以显着看到数字输出传感器的机动性、良好性,为未来电流检测的数字化奠定了根基,具有较深远的意义。

责任编辑;zl

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