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图1 数字传感器及滤波应用框图
图2 输出比特流示意图
图3 数字传感器及滤波应用框图
LEM开发研制了性能优越的新一代带二阶∑-△调制器的集成ASIC,并被应用在新的产品系列中。传感器输出信号为比特流,比特流中1的密度与被测量的电流成比例(如图2所示)。
用户需要使用一个数字滤波器来处理比特流,如图3所示。其优点是接口简单,而且使用者可以选择和定义滤波器,以便输出格式适用具体的应用和匹配系统的需求。
4. LEM数字传感器HLSR/HO及应用实例
4.1 新型数字输出传感器HLSR/HO系列特点
莱姆最新发布的系列数字输出型开环霍尔效应电流传感器:HO和HLSR,它们就是基于Σ-Δ调制器原理,输出信号为1位串行比特流信号的数字传感器。该新品具有4种不同的机械设计来满足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的电流进行测量(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提供多种数字信号输出。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,可满足最小化所需的连接;或LVDS或RS 422(时钟输入或输出)4线制模式。数字输出允许使用者选择合适的滤波器来处理比特流,以便于在分辨率和响应时间之间进行优化。
表1.新型数字传感器特性表(部分特性)
HO系列增加了2个额外的引脚,可实现时钟和数据的差分信号处理,满足RS422和LVDS标准。另外,传感器时钟输入信号可配置范围为5 – 12.5MHz,所以整个系统可以使用同一时钟。
4.2 数字传感器应用实例
对一个给定的比特流,用户可以采用几个不同的滤波器(如图5)。例如:为实现“电流环”功能:如果采用sinc3滤波器、512的过采样率(OSR),则可得到有效分辨率为12位,带宽为5.5kHz的信号。
同样的,为实现“超限检测”功能,如果采用sinc2滤波器、16的OSR,对应相同的比特流则可得到分辨率为6位,5.5μs响应时间的信号。
另外,为了提高设备的安全性,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信号,并给出相应的输出值,使系统快速启动保护电路,得到保护目的。OCD的响应时间为2us。
图5 数字信号处理实例
5结论
本文针对电力电子数字化的需求做了简要介绍,结合对∑-△ADC原理的阐述,以及莱姆开环数字输出传感器原理的分析,说明了使用数字输出的滤波器的特点;在此基础上较为全面的介绍了莱姆新型数字传感器HO/HLSR系列产品,并给出了应用实例。通过该实例可以明显看到数字输出传感器的灵活性、优越性,为未来电流检测的数字化奠定了基础,具有较深远的意义。
参考文献:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation
[2]LEM application note: digital output transducers andΣΔconversion.
[3]LEM datasheet: digital current transducer HO-SW Series. 15March2018/version 2
[4] LEM datasheet: digital output transducers HO-PW series. 15March2018/version 3
[5] LEM datasheet: digital output transducers HO-NPW series. 14March2018/version 2
[6] LEM datasheet: digital output transducers HLSR-PW series. 15March2018/version 3
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