測量功率正在成為智能家居中越來越重要的元素。推出智能電網(wǎng)和智能電表的成本應(yīng)該通過節(jié)省電力成本來彌補(bǔ)，但目前還沒有簡單的方法來進(jìn)行測量。智能網(wǎng)絡(luò)還希望識別作為主要功率的設(shè)備，以便最小化電流消耗，減少賬單并在公用電網(wǎng)上分散負(fù)載。

測量功率的一個關(guān)鍵因素是傳感器，霍爾效應(yīng)磁傳感器的位置理想，可提供用戶和公用設(shè)施所需的信息。這些傳感器在過去幾年中一直在悄然發(fā)展，轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)并集成鐵磁元件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)在，智能網(wǎng)絡(luò)的前進(jìn)步驟將這些傳感器連接到無線收發(fā)器和可選的微控制器，以將數(shù)據(jù)發(fā)送回中央集線器。然后，可以在家中本地檢查數(shù)據(jù)以識別電力使用，或匿名匯總以提供關(guān)于區(qū)域中的電力使用的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。

霍爾效應(yīng)傳感器

Melexis MLX91205電流傳感器是基于霍爾效應(yīng)的單軸磁場傳感器。它是CMOS霍爾電路和薄鐵磁集中器的集成組合。 CMOS電路包含兩對霍爾元件，其靈敏度方向與芯片表面平行。鐵磁集中器放大外部磁場并將其集中在霍爾元件上，以便為功率測量提供更大的規(guī)模。這使得它適用于交流和直流電流，產(chǎn)生與施加的磁場平行于芯片表面成比例的模擬，線性，比率輸出電壓。

圖1 ：Melexis MLX91205電流傳感器顯示霍爾電路和鐵磁集中器。

該電路采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，鐵磁層采用簡單的后處理步驟。該單片器件集成了霍爾元件，偏移消除電路，電流源，斬波穩(wěn)定放大電路和參數(shù)編程功能。

通過使用動態(tài)偏移消除，可以降低由溫度變化，封裝應(yīng)力等引起的任何偏移電壓。因此，該器件具有極其穩(wěn)定的信號輸出，不受機(jī)械應(yīng)力的影響，幾乎不受溫度循環(huán)的影響。這提供了廣泛的應(yīng)用范圍和非常高的精度。與其他線性霍爾傳感器不同，MLX91205可測量與芯片表面平行的磁場，非常適用于PCB上的開環(huán)電流檢測以及電表或設(shè)備。它具有小尺寸應(yīng)用設(shè)計(jì)和適用于各種電流范圍的簡單結(jié)構(gòu)。

快速響應(yīng)時間和高帶寬意味著該傳感器適用于非接觸式，高電流，高電壓設(shè)置中的高速電流測量。有兩種不同的產(chǎn)品版本可供選擇。 91205HB的線性磁場范圍為±25 mT，91205LB的線性范圍為±10 mT。 HB指的是高磁場，而LB指的是低磁場范圍。

圖2：使用MLX91205電流傳感器測量低（頂部），中（中）和高（底部）電流。

低電流測量，最高±2 A

MLX91205可以通過傳感器周圍的線圈增加磁場來測量低電流。測量的靈敏度（輸出電壓與線圈中的電流）將取決于線圈的大小和匝數(shù)，但是通過在線圈周圍添加屏蔽可以獲得額外的靈敏度和對外部場的增強(qiáng)的抗擾度。線軸提供非常高的介電隔離，使其成為具有相對低電流的高壓電源的合適解決方案。應(yīng)對輸出進(jìn)行縮放，以獲得要測量的最高電流的最大電壓，以獲得最佳精度和分辨率。

中等電流高達(dá)±30 A

如果PCB上有單根導(dǎo)線，則可以測量高達(dá)30安培的電流。 PCB走線的尺寸需要考慮電流處理能力和總功耗。 PCB走線需要足夠厚且足夠?qū)?，以便連續(xù)處理RMS電流。

此配置的差分輸出電壓可近似為VOUT = typ。 35 - 40 mV/A * I.這表明，對于30 A的電流水平，輸出約為1050 mV。

高達(dá)±600 A的高電流測量

另一種測量PCB上高電流的方法是使用大而厚的銅線，能夠在PCB的另一側(cè)傳輸電流。 MLX91205應(yīng)位于跡線中心附近;但是，由于跡線很寬，輸出對PCB上的位置不太敏感。由于導(dǎo)體的距離和寬度，該配置也具有較低的靈敏度。

在許多應(yīng)用中，91205的輸出電壓是通過微控制器測量的。在應(yīng)用中組裝91205之后，通過校準(zhǔn)系統(tǒng)可以顯著提高電流傳感器系統(tǒng)的精度。通過施加已知電流，例如在100A時，微控制器的輸出電壓可以校準(zhǔn)到精確值，即100A時的2.000V。這樣可以在一定溫度下簡單地校準(zhǔn)偏移和靈敏度。

圖3：MLX91205電流傳感器的單端輸出。