Для измерения тока в электротехнике часто используют шунт в виде резистора, падение напряжения на котором пропорционально току, протекающему через это сопротивление. Например, на резисторе сопротивлением 0,1 Ом при токе 10 А появится падение напряжения в 1 В. Напряжение 1 В легко измерить, например, через АЦП, даже без дополнительных усилителей, правда есть один момент — сопротивление 0,1 Ом будет давать рассеиваемую мощность 10 Вт. Можем конечно поставить более низкое значение сопротивления, чтобы уменьшить потери мощности, но тогда понадобится схема измерения, которая реагирует на более низкие значения напряжения, например 10 мВ.
Трансформаторы используются для больших значений переменного тока, и вполне неплохим решением может быть использование датчика Холла, который дополнительно обеспечит изоляцию между цепью измерения тока и выходом напряжения.
Примером преобразователя U->I на эффекте Холла является чип ACS712ELCTR-20A-T с диапазоном измерения 20 А и среднеквадратичным напряжением изоляции 2 кВ. Для удобства будем использовать готовый модуль ME067 с распаянной микросхемой ACS712. Питаем его напряжением 5 В и при отсутствии тока в цепи измерения получим на выходе половину напряжения питания, то есть 2,5 В.
В зависимости от направления протекания тока значение напряжения будет уменьшаться или увеличиваться относительно начального напряжения 2,5 В. Для данной микросхемы зависимость изменения напряжения от протекающего тока составляет 100 мВ/А.
Для тока 1,01 А выходное напряжение составляет 2,604 В:
Выбор функции мультиметра и наблюдение за напряжением 2,5 В для источника 1 А:
Для тока 100 мА выходное напряжение соответственно ниже:
Что важно, так это низкое сопротивление схемы измерения, малые падения напряжения и малые потери мощности, например для 10 А падение составляет всего 45 мВ на разъеме модуля:
А далее график с показаниями мультиметра при значениях тока от 100 мА до 10 А:
Испытания проводились в рабочих условиях и видны некоторые искажения в прямой линии на графике, но в любом случае используя модуль, получаем низкие потери мощности и гальваническую изоляцию от измерительной цепи.
Далее пришла идея проверить динамические параметры преобразователя. На универсальной макетной плате разместилась схема с МОП-транзистором, затвором которого управляет CD4093. На плате имеется резистор сопротивлением 0,1 Ом, падение напряжения на этом резисторе будем сравнивать с сигналом преобразователя. МОП-транзистор включает ток, протекающий через резистор, ограничивая величину тока, протекающего через преобразователь и измерительный резистор. Сигналы управления будут поступать на CD4093 от функционального генератора. Посмотрим, позволит ли такая простая схема наблюдать свойства ACS712. Согласно спецификациям, можно рассчитывать на время нарастания 5 мкс и частотную характеристику 80 кГц.
Желтая форма волны — это сигнал на резисторе, синяя — сигнал на выходе преобразователя. Пики игнорируем (они идут от импульсного блока питания), а также звон в конце и всплеск в начале.
В конце синего сигнала можем увидеть постепенное снижение напряжения, когда резистор уже достиг стабильного значения. Такие свойства могут быть важны там, где важна разность фаз между сигналами, например, при измерении мощности и коэффициента мощности переменного тока.
Так что если сверх-точность не требуется, а вот токи будут приличные — лучше ставить именно такой модуль, а не простой низкоомный резистор.
