Como utilizar um sensor de corrente bidirecional para medições?

Como utilizar um sensor de corrente bidirecional para medições

1. Interpretação do sinal de saída

Os sensores de corrente da série HAS indicam a intensidade e o sentido da corrente medida através dos seus sinais de saída de tensão. A sua principal característica é usar 2,5 V como ponto central da saída, que varia consoante o sentido e a intensidade da corrente. Este funcionamento permite medir corrente nos dois sentidos.

2. O significado da saída de 2,5 V ± 0,625 V

No sensor de corrente HAS14Z, a gama de tensão de saída é de 2,5 V ± 0,625 V. Isto significa:

• Corrente nula (0 A): Quando não passa corrente pelo sensor, a tensão de saída é de 2,5 V.
• Corrente no sentido direto: A tensão de saída aumenta a partir de 2,5 V até um máximo de 2,5 V + 0,625 V = 3,125 V.
• Corrente no sentido inverso: A tensão de saída diminui a partir de 2,5 V até 1,875 V, com um mínimo de 2,5 V – 0,625 V = 1,875 V.

Esta gama de 2,5 V ± 0,625 V corresponde normalmente à gama de corrente nominal medida pelo sensor. Por exemplo, a corrente nominal do HAS2009 é de ±20 A e a do HAS4009 é de ±100 A.

3. Método de cálculo da corrente

A sensibilidade nominal (SN) do sensor permite converter o sinal de tensão obtido no valor real da corrente. A fórmula é a seguinte:
IP = (Vout – 2.5V)/SN

Em que:

• IP é a corrente medida (unidade: A)
• Vout é a tensão de saída do sensor (unidade: V)
• 2,5 V é a tensão de referência quando a corrente é nula
• SN é a sensibilidade nominal do sensor (unidade: V/A ou mV/A).

Exemplo:

Suponhamos que se utiliza o sensor de corrente HAS14Z (SN = 104,2 mV/A ou 0,1042 V/A).

• Se Vout for 2,8 V: IP = (2,8 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ 2,88 A (corrente no sentido direto)
• Se Vout for 2,2 V: IP = (2,2 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ -2,88 A (corrente no sentido inverso)

4. Identificação dos pinos e ligação do sensor

Os sensores de corrente da série HAS têm normalmente os seguintes pinos:

• VCC (+5 V): Entrada positiva da alimentação do sensor, ligada a uma fonte estável de 5 V CC.
• GND: A terra da alimentação e a terra do sinal do sensor devem estar ligadas à terra do sistema de controlo.
• OUT (Vout): Pino de saída de tensão do sensor, utilizado para obter o sinal correspondente à corrente.

Typical wiring diagram (taking microcontrollers as an example) :

Cuidados na ligação

1). Alimentação: Assegure uma alimentação estável de 5 V para o sensor. A qualidade da alimentação afeta diretamente a precisão da medição.
2). Terra comum: O sensor e o microcontrolador devem partilhar a mesma terra para evitar erros de medição causados por diferenças de potencial.
3). Ligação: O condutor cuja corrente se pretende medir deve passar corretamente pela abertura do sensor e ficar o mais centrado possível para garantir a melhor medição.

5. Passos para a aquisição do sinal

O sinal de saída de tensão de 2,5 V ± 0,625 V do sensor de corrente é adquirido principalmente através de um conversor analógico-digital (ADC). Seguem-se os passos detalhados:
1). Configuração do ADC:

• Selecione o pino do ADC: Ligue o pino OUT do sensor a um dos pinos de entrada do ADC do microcontrolador.
• Defina a tensão de referência: Defina a tensão de referência do ADC como 5 V (se a gama de saída do sensor for de 0,25 V a 4,75 V) ou escolha uma tensão adequada à instalação. Assegure que o ADC cobre toda a gama de saída do sensor.
• Defina a resolução e a taxa de amostragem: Escolha a resolução (por exemplo, 10 ou 12 bits) e a taxa de amostragem do ADC de acordo com a aplicação. Uma resolução mais elevada permite medições mais precisas; uma taxa de amostragem mais elevada é adequada a correntes que variam rapidamente.

2). Leia o valor do ADC:

• Através da programação do microcontrolador, leia periodicamente os valores digitais dos pinos de entrada do ADC.

3). Converta o valor do ADC em tensão:

• Converta o valor digital lido na tensão real Vout. Por exemplo, para um ADC de 10 bits (0-1023) com tensão de referência de 5 V, a fórmula de conversão é: Vout = (ADC_Value / 1024.0) * 5.0 (unidade: V)

4). Calcule a corrente real

• Utilize a seguinte fórmula para converter a tensão Vout na corrente real IP: IP = (Vout – 2.5V)/SN, em que SN é a sensibilidade nominal do sensor (unidade: V/A). Por exemplo, a SN do HAS14Z é de 0,1042 V/A.

Exemplo de cálculo
Suponhamos que se utiliza o sensor de corrente HAS14Z (SN = 0,1042 V/A).

• Se a tensão de saída Vout medida pelo ADC for 2,8 V: IP = (2,8 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ 2,88 A (corrente no sentido direto)
• Se a tensão de saída Vout medida pelo ADC for 2,2 V: IP = (2,2 V – 2,5 V) / 0,1042 V/A ≈ -2,88 A (corrente no sentido inverso)

Seguindo estes passos, pode determinar a intensidade e o sentido da corrente medida.

6. Aplicações

Graças à capacidade de medir corrente nos dois sentidos e à saída de tensão, os sensores de corrente de malha fechada da série HAS são amplamente utilizados nas seguintes áreas:

• Controlo de motores: Permite controlar com precisão a velocidade e o binário de veículos elétricos, robôs industriais e outros equipamentos.
• Sistema de gestão de baterias (BMS): Monitoriza a carga e a descarga da bateria para otimizar a sua vida útil e eficiência.
• Gestão de energia: Permite controlar com precisão o fluxo de energia em fontes de alimentação ininterrupta (UPS), fontes de alimentação comutadas (SMPS), inversores solares, entre outros equipamentos.
Sistemas de energia renovável: Monitorizam a corrente nos pontos de ligação entre os sistemas de armazenamento de energia e a rede elétrica para otimizar a conversão de energia.
• Automação industrial: Fornece dados de corrente em tempo real para controlo de processos, diagnóstico de avarias e proteção de segurança.