Die Stromsensoren der HAS-Serie zeigen Stärke und Richtung des gemessenen Stroms über ihre Ausgangsspannung an. Ihr wesentliches Merkmal ist ein Mittelpunkt des Ausgangssignals bei 2,5 V. Je nach Richtung und Stärke des Stroms weicht die Spannung von diesem Wert ab. So kann der Sensor Strom in beide Richtungen messen.
Beim Stromsensor HAS14Z liegt die Ausgangsspannung bei 2,5 V ± 0,625 V. Das bedeutet:
• Nullstrom (0 A): Fließt kein Strom durch den Sensor, beträgt die Ausgangsspannung 2,5 V.
• Strom in Vorwärtsrichtung: Die Ausgangsspannung steigt von 2,5 V auf maximal 2,5 V + 0,625 V = 3,125 V.
• Strom in Rückwärtsrichtung: Die Ausgangsspannung sinkt von 2,5 V auf mindestens 2,5 V – 0,625 V = 1,875 V.
Der Bereich von 2,5 V ± 0,625 V entspricht üblicherweise dem Nennmessstrombereich des Sensors. Der Nennstrom beträgt beispielsweise beim HAS2009 ±20 A und beim HAS4009 ±100 A.
Anhand der Nennempfindlichkeit (SN) des Sensors lässt sich das erfasste Spannungssignal in den tatsächlichen Stromwert umrechnen. Die Formel lautet:
IP = (Vout – 2,5 V)/SN
Dabei gilt:
• IP ist der gemessene Strom (Einheit: A)
• Vout ist die vom Sensor ausgegebene Spannung (Einheit: V)
• 2,5 V ist die Referenzspannung bei Nullstrom
• SN ist die Nennempfindlichkeit des Sensors (Einheit: V/A oder mV/A).
Beispiel:
Angenommen, es wird der Stromsensor HAS14Z verwendet (SN = 104,2 mV/A oder 0,1042 V/A).
• Wenn für Vout 2,8 V gemessen werden: IP = (2,8 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ 2,88 A (Strom in Vorwärtsrichtung)
• Wenn für Vout 2,2 V gemessen werden: IP = (2,2 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ -2,88 A (Strom in Rückwärtsrichtung)
Die Stromsensoren der HAS-Serie haben üblicherweise folgende Anschlüsse:
• VCC (+5 V): Positiver Anschluss der Sensorversorgung; mit einer stabilen 5-V-Gleichspannungsversorgung verbinden.
• GND: Die Versorgungs- und Signalmasse des Sensors müssen mit der Masse des Steuerungssystems verbunden sein.
• OUT (Vout): Spannungsausgang des Sensors zur Erfassung des Stromsignals.
Typical wiring diagram (taking microcontrollers as an example) :
Hinweise zur Verdrahtung
1). Spannungsversorgung: Versorgen Sie den Sensor mit stabilen 5 V. Die Qualität der Spannungsversorgung wirkt sich unmittelbar auf die Messgenauigkeit aus.
2). Gemeinsame Masse: Sensor und Mikrocontroller müssen dieselbe Masse verwenden, um Messfehler durch Unterschiede im Massepotenzial zu vermeiden.
3). Verdrahtung: Führen Sie die zu messende Leitung korrekt durch die Messöffnung des Sensors und positionieren Sie sie möglichst mittig, um die beste Messqualität zu erzielen.
Das Ausgangssignal des Stromsensors von 2,5 V ± 0,625 V wird hauptsächlich mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) erfasst. Die einzelnen Schritte sind:
1). ADC konfigurieren:
• ADC-Anschluss auswählen: Verbinden Sie den OUT-Anschluss des Sensors mit einem ADC-Eingang des Mikrocontrollers.
• Referenzspannung einstellen: Stellen Sie die ADC-Referenzspannung auf 5 V ein (wenn der Ausgangsbereich des Sensors 0,25 V bis 4,75 V beträgt), oder wählen Sie eine für den tatsächlichen Aufbau geeignete Referenzspannung. Der ADC muss den gesamten Ausgangsbereich des Sensors erfassen können.
• Auflösung und Abtastrate einstellen: Wählen Sie ADC-Auflösung (z. B. 10 oder 12 Bit) und Abtastrate entsprechend den Anforderungen der Anwendung. Eine höhere Auflösung ermöglicht genauere Messungen; eine höhere Abtastrate eignet sich für schnell veränderliche Ströme.
2). ADC-Wert auslesen:
• Lesen Sie die Digitalwerte des ADC-Eingangs regelmäßig per Mikrocontroller-Programm aus.
3). ADC-Wert in Spannung umrechnen:
• Rechnen Sie den ausgelesenen Digitalwert in die tatsächliche Spannung Vout um. Bei einem 10-Bit-ADC (0–1023) mit 5 V Referenzspannung lautet die Formel beispielsweise: Vout = (ADC_Value / 1024.0) * 5.0 (Einheit: V)
4). Tatsächlichen Strom berechnen
• Rechnen Sie die Spannung Vout mit folgender Formel in den tatsächlichen Strom IP um: IP = (Vout – 2,5 V)/SN. Dabei ist SN die Nennempfindlichkeit des Sensors (Einheit: V/A). Beim HAS14Z beträgt SN beispielsweise 0,1042 V/A.
Beispielrechnung
Angenommen, es wird der Stromsensor HAS14Z verwendet (SN = 0,1042 V/A).
• Wenn der ADC für Vout eine Ausgangsspannung von 2,8 V misst: IP = (2,8 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ 2,88 A (Strom in Vorwärtsrichtung)
• Wenn der ADC für Vout eine Ausgangsspannung von 2,2 V misst: IP = (2,2 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ -2,88 A (Strom in Rückwärtsrichtung)
Mit diesen Schritten können Sie Stärke und Richtung des gemessenen Stroms genau erfassen und berechnen.
Die Stromsensoren der HAS-Serie mit geschlossenem Regelkreis werden dank ihrer bidirektionalen Strommessung und ihres Spannungsausgangs in vielen Bereichen eingesetzt:
• Motorsteuerung: Ermöglicht eine präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung bei Elektrofahrzeugen, Industrierobotern und anderen Geräten.
• Batteriemanagementsystem (BMS): Überwacht den Lade- und Entladezustand der Batterie, um ihre Lebensdauer und Effizienz zu optimieren.
• Leistungsmanagement: Regelt den Leistungsfluss präzise, etwa in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (UPS), Schaltnetzteilen (SMPS) und Solarwechselrichtern.
Erneuerbare-Energien-Systeme: Überwachen den Strom an den Verbindungspunkten zwischen Energiespeichern und Stromnetz, um die Energieumwandlung zu optimieren.
• Industrieautomatisierung: Liefert Stromdaten in Echtzeit für Prozesssteuerung, Fehlerdiagnose und Schutzfunktionen.
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