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基于Σ-ΔADC的石灰开环数字输出电流传感器

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-18 1:16:23 * 浏览: 29
首先介绍了Σ-ΔADC的基本工作原理及其主要特点,阐述了LEM数字输出开环传感器的工作原理和特点,并比较了传统模拟输出类型的优势,然后由Laim开发了新型传感器HLSR / HO。对数字输出传感器进行了详细分析。最后给出了数字输出传感器的电路接口实例实现方法。 1.简介随着当今微处理器和传感器的价格越来越便宜,全自动或半自动系统可以包含更多的智能功能,这些功能可以从其环境中获取和处理更多不同的参数。数字传感器的尺寸很小,能耗和成本也很低。它具有巨大的应用潜力和前景。同时,数字传感器在推动电子市场方面发挥了重要作用。系统设计中现在包括越来越多的传感器和处理器。随着传感器和处理器价格的持续下降,更换机械控制结构的阈值不断变化。在电力电子系统中选择正确的传感器组合和处理算法可以显着降低原材料成本和能耗,并改善系统的整体性能。本文介绍了Lime的新一代数字传感器解决方案,可满足电力电子行业的数字需求。 2. sigma-delta ADC的原理和特性所谓的sigma-delta ADC的原理是使用过采样技术,噪声整形技术和数字滤波技术来模拟具有低采样分辨率和高采样率的模拟。信号数字化将高分辨率的转换问题减少到低分辨率的转换问题,并提高了有效分辨率。与几种传统的ADC相比,过采样sigma-delta A / D转换器使用过采样技术和sigma-delta调制技术,从而增加了系统中数字电路的比例,减少了模拟电路的比例,并且易于与数字电路进行比较该系统实现了单片集成,因此可以以较低的成本实现高精度的A / D转换器,满足了超大规模集成电路(VLSI)技术发展的要求。它的主要特点是:2.1)Σ-△A / D转换器基于过采样Σ-△调制和数字滤波,使用比Nyquist采样频率大得多的采样频率来获得一系列的粗量化数据,以及随后的数字抽取器计算与模拟信号对应的低采样频率的高分辨率数字信号。 2.2)具有元器件匹配精度要求低的优点,电路组成主要是数字电路,可以有效地交换分辨率的速度,而无需对过程进行微调就可以获得较高的数字分辨率。它的生产成本低,适用于标准CMOS单片集成技术。 2.3)∑-Δ调制器以采样率输出1位数据流,频率可以达到MHz的数量级。例如,HMSR / HO等系列产品的频率可以达到20MHz。数字过滤和抽取的目的是从数据流中提取有用的信息,并将数据速率降低到可用水平。 2.4)Σ-ΔADC中的数字滤波器对1位数据流求平均,消除带外量化噪声并提高ADC的分辨率。数字滤波器确定信号带宽,建立时间和阻带抑制。 3. LEM开环数字输出电流传感器针对LEM,基于经典开环传感器的基础上,基于Σ-ΔADC技术开发了一系列先进的数字输出传感器。其基本原理如图1所示。初级电流,即由测量电流Ip产生的磁场,被敏感元件HALL检测到,以输出弱电压信号VH,而VH与检测电流成正比。经过信号处理(例如O.A放大,Σ-Δ调制和标准数字转换)后,输出Vout表示一次侧模拟电流的实际状态。为了优化性能,将霍尔和信号处理电路组合在一起被定义为单个CMOSASIC(专用集成电路)。 LEM开发了具有高性能的二阶sigma-delta调制器的新一代集成ASIC,已应用于新产品系列。传感器的输出信号是位流。比特流中的1的密度与测得的电流成正比(如图2所示)。用户需要使用数字滤波器来处理位流,如图3所示。优点是接口简单,用户可以选择和定义滤波器,以便输出格式适合特定应用和匹配系统需求。 4.LEM数字传感器HLSR / HO及其应用示例4.1新型数字输出传感器HLSR / HO系列的特点莱姆发布的基于Σ-Δ原理的数字系列开环霍尔效应电流传感器HO和HLSR调制器具有1位串行位流信号的输出信号的数字传感器。新产品具有4种不同的机械设计,可以满足PCB和磁盘安装的要求。它可以测量额定电流为16、32、40、50、80、100、120、150、200、250 ARMS(如表1所示,图4所示),并具有20kHz带宽和12位分辨率。新的数字传感器可以提供各种数字信号输出。包括2线模式,CMOS(时钟可以输入或输出模式),满足最小连接要求的RS422Manchester或LVDSManchester或4线模式的LVDS或RS422(时钟输入或输出)。数字输出允许用户选择适当的滤波器来处理位流,以便在分辨率和响应时间之间进行优化。表1.新的数字传感器特性表(某些特性)HO系列增加了2个额外的引脚,可以实现时钟和数据的差分信号处理,并符合RS422和LVDS标准。此外,传感器时钟输入信号可以配置在5–12.5MHz的范围内,因此整个系统可以使用相同的时钟。 4.2数字传感器应用示例对于给定的比特流,用户可以使用几个不同的滤波器(见图5)。例如,为了实现“电流环路”功能:如果使用sinc3滤波器和512的过采样率(OSR),则可以获得具有12位有效分辨率和5.5 kHz带宽的信号。类似地,为了实现“溢出检测”功能,如果使用sinc2滤波器和OSR为16,则对于同一位流,可以获得6位分辨率和5.5μs响应时间的信号。此外,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,该功能可以检测A / D转换器前端的过流信号并将相应的输出值提供给使系统迅速启动保护电路,以达到保护目的。 OCD响应时间为2us。 5结论本文简要介绍了电力电子数字化的要求,并结合sigma-delta ADC原理,并分析了莱姆开环数字输出传感器原理,并解释了使用数字输出的滤波器的特性,在此基础上,全面介绍了Lime新型数字传感器HO / HLSR系列,并给出了应用实例。该示例清楚地显示了数字输出传感器的灵活性和优越性,这为将来的电流检测数字化奠定了基础,并具有深远的意义。参考文献:[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation [2] LEM应用说明:数字输出转换器和ΣΔ转换。 [3] LEM数据表:digitalcurrenttransducerHO-SWSeries.15March2018 /版本2 [4] LEM数据表:digitaloutputtransducersHO-PWseries.15 /版本3 [5] LEM数据表:digitaloutputtransducersHO-NPWseries.14March2018 /版本2 [6] LEM数据表:digitaloutputtransducersHLSR-PWseries.15M