Die hohe Präzision herkömmlicher Strommesstechnik mit geschlossenem Regelkreis findet breite Anwendung in der Industrie und der Automobilbranche. Durch den Einsatz proprietärer Gehäusetechnologie und fortschrittlicher integrierter Algorithmen in einem komplexen und vollständig integrierten Stromsensor haben Hersteller einen neuartigen magnetischen Stromsensor entwickelt, der mit einer offenen Sensorarchitektur nahezu die Genauigkeit eines geschlossenen Regelkreises erreicht.
Open-Loop-Hall-Effekt-Stromsensor
Ein Hall-Effekt-Stromsensor im offenen Regelkreis nutzt üblicherweise einen Magnetsensor, um eine Spannung proportional zum gemessenen Strom zu erzeugen. Diese Spannung wird anschließend zu einem analogen Ausgangssignal verstärkt, das proportional zum Strom im Leiter ist. Strukturell verläuft der Leiter durch die Mitte eines ferromagnetischen Materials, um das Magnetfeld zu konzentrieren, während der Magnetsensor im Zwischenraum des ferromagnetischen Materials platziert ist. In einer offenen Regelkreisarchitektur können Hall-Effekt-Stromsensoren aufgrund von Nichtlinearitäten und einer temperaturabhängigen Empfindlichkeitsdrift Fehler aufweisen.
Geschlossener Hall-Effekt-Stromsensor
Ein Hall-Effekt-Stromsensor mit geschlossenem Regelkreis nutzt eine aktiv angesteuerte Spule, um ein dem Strom im Leiter entgegengesetztes Magnetfeld zu erzeugen. Dadurch arbeitet der Hall-Sensor stets im Nullfeld. Das Ausgangssignal wird von einem Widerstand erzeugt, dessen Spannung proportional zum Strom in der Spule und somit auch zum Strom im Magnetkern ist. Details zur Umrechnung fehlen jedoch.
Hall-Effekt-Stromsensor im offenen vs. geschlossenen Regelkreis
Ein Stromsensor mit geschlossenem Regelkreis benötigt neben einem ferromagnetischen Kern auch eine Spule und einen zusätzlichen Hochleistungsverstärker zur Ansteuerung der Spule. Obwohl die Strommessung mit geschlossenem Regelkreis komplexer ist als die mit offenem Regelkreis, eliminiert sie Empfindlichkeitsfehler, die bei Hall-Effekt-Sensoren auftreten können, da das System ausschließlich im magnetfeldfreien Arbeitspunkt arbeitet. Bei korrekter Auslegung weisen sowohl geschlossene als auch offene Hall-Effekt-Stromsensoren in der Regel ein ähnliches Verhalten bei Nullstrom auf, sodass ihre Genauigkeit bei Nullstrom sehr vergleichbar ist. Im Vergleich zur offenen Lösung ist der Sensor mit geschlossenem Regelkreis größer und benötigt mehr Platz auf der Leiterplatte. Da der Sensor mit geschlossenem Regelkreis einen gewissen Strom zur Ansteuerung der Kompensationsspule benötigt, ist sein Stromverbrauch höher. Darüber hinaus benötigt der Sensor mit geschlossenem Regelkreis zusätzliche Spulen und Ansteuerschaltungen und ist daher teurer als der Sensor mit offenem Regelkreis.
Die Wahl zwischen Hall-Effekt-Stromsensoren mit offenem und geschlossenem Regelkreis hängt von Genauigkeit und Ansprechzeit ab. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen wird üblicherweise ein Stromsensor mit geschlossenem Regelkreis gewählt, da dieser den oben erwähnten Fehler der Systemempfindlichkeits-Nichtlinearität eliminiert. In manchen Anwendungen ist eine schnelle Ansprechzeit erforderlich, um Halbleiterbauelemente zu schützen und den Strom in der Anwendung besser zu steuern. Sind Genauigkeit und Ansprechzeit ausreichend, ist ein Sensor mit offenem Regelkreis aufgrund seiner Vorteile hinsichtlich Größe, Stromverbrauch und anderer Aspekte ebenfalls eine optimale Wahl. Führende Hersteller haben eine neue Lösung mit offenem Regelkreis entwickelt, die kleiner, hochpräzise und schnell reagiert und zudem wirtschaftlicher als die Lösung mit geschlossenem Regelkreis ist.
Veröffentlichungsdatum: 06.05.2025