Měříme proudy velké i malé. S Hallovým prvkem nebo též GMR

Stanovení velikosti protékajícího proudu patří k základním úlohám, které si na desce plošného spoje můžeme sami komplikovat nebo také zjednodušit správnou volbou součástek. Vybereme jen vhodnou technologii a většinu práce pak necháme na nich. Stejně jako v případě letošních dvou novinek od společnosti Allegro MicroSystems pro citlivě stanovené odběry omezené úrovní 5 A, ale klidně též i ±200 A.

S citlivostí nejdál dojdeš

A začínáme rovnou od nuly, příp. jejího „blízkého“ okolí. Nástroje máme, protože obvody ACS70331 využívající na obr. 1 technologie GMR (giant magneto-resistive) se budou chlubit více než 25× nižší hladinou vstupního šumu, než je tomu u proudových čidel stejného výrobce, které s využitím dominantního Hallova jevu dosahují jinak nejnižší úrovně rušení. Právě z tohoto důvodu první plně integrovanou „vlaštovku“ svého druhu vylétající již koncem února [1] také volíme při měření menších průtoků.

Proudová čidla ACS70331 [2] staví na čtveřici prvků GMR v konfiguraci Wheatstoneova můstku sloužícího k nepřímému měření proudu tekoucího speciální primární trasou – vodičem s velmi malým odporem integrovaným přímo v pouzdru. Čtyři rezistory tak mohou měnit velikost svého odporu v závislosti na působícím poli, které zase jasně provážeme s budicími proudy. Základní náhled vnitřní struktury miniatur, které mohou v pouzdrech typu QFN s dvanácti ne zcela plně využitými vývody zabírat pouze 3 × 3 mm a 0,75 mm ve třetí ose, pozorujeme na obr. 2.

Zbytek prozradí samotná dokumentace. Pohybujeme se v rozmezí od nuly až do 5 A (DC nebo AC) a bez ohledu na výše zmiňované pouzdření QFN či 8pinová SOIC dostáváme již z výroby v teplotním rozsahu od –40 °C až do +85 °C na výběr mezi 0 až 2,5 A, ±2,5 A, 0 až 5 A a také IPR ±5 A. Tomu pak také odpovídá typická citlivost analogového výstupu jednotlivých verzí ACS70331 dosahující 800, 400 nebo též 200 mV/A. Šířka pásma BW pro pokles o 3 dB činí 1 MHz, odezva nemusí překročit 550 ns, z pohledu šumu dostáváme na 1 MHz 6 mA(rms), díky vysokému činiteli PSRR (DC) se nemusíme obávat ani méně kvalitních zdrojů napájení nebo baterií s napětím od 3,0 až do 4,5 V a vše konečně podtrhujeme odporem primárního vedení 1,1 mΩ zaručujícím nízké vlastní ztráty. Tradiční bočníky ponecháme těm, co volí samostatné operační zesilovače. Rozdílový přístup prvků GMR si kromě toho dobře poradí s rozptylovými magnetickými poli a zaručí stabilní činnost rovněž v zarušeném prostředí.

Umíme i nadproudy

S další dvojicí 5V, resp. 3,3V, galvanicky oddělených novinek ACS772 / ACS773 na obr. 3 zamíříme ještě dál [3]. Vždyť při snímání proudu v rozsazích ±50 A nebo např. ±200 A dostaneme s využitím Hallova jevu typickou odezvu 2,5 μs, šířku pásma 200 kHz nebo dlouhodobou přesnost navzdory vysokým teplotám ±2,1 %. Odpor silové části zde dosahuje pouhých 100 μΩ [4].