Infineon: Hall-Sensor für Strommessungen bis 120 A

Infineon hat eine Serie »kernloser«, auf dem Hall-Effekt basierender Stromsensoren vorgestellt. Dabei lassen sich zahlreiche Parameter wie Strombereich, Überstrom-Schwellspannungen und Ausgangsmodus individuell programmieren. Doch das ist längst noch nicht alles.

Der TLI4971 findet in einem kompakten PG-TISON-8-Gehäuse mit 8 mm x 8 mm x 1 mm Platz und kann automatisiert mittels SMT bestückt werden Bildquelle: © Infineon

Der TLI4971 findet in einem kompakten PG-TISON-8-Gehäuse mit 8 mm x 8 mm x 1 mm Platz und kann automatisiert mittels SMT bestückt werden

Von Jutta Heinzelmann, Manager Product Marketing Magnetic Current Sensor und Theodor Kranz, Application Engineer Magnetic Current Sensor – beide Infineon Technologies

Detaillierte Informationen über aktuell fließenden Ströme sind für vielfältige Applikationen erforderlich – angefangen von Solar-Umrichtern und elektrischen Antrieben über Stromversorgungsanlagen, Server- und Telekom-Applikationen, Beleuchtungsmanagement und Haushaltsgeräte bis hin zu Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen. Daher nimmt der Bedarf an industriellen Stromsensoren stetig zu, wobei jede Anwendung unterschiedliche Kriterien bezüglich Genauigkeit (absolut und über die Produktlebenszeit), Unterdrückung von Störfeldern, Messbereich, Verlustleistung, Bandbreite, Abmessungen und Kosten hat. Die entsprechenden Applikationen verlangen nach Sensoren, die möglichst wenig Platz beanspruchen, geringe Verluste aufweisen und über die gesamte Lebenszeit hochpräzise, robust und sicher im Betrieb sind. Auf diese Anforderungen hin hat Infineon den Hall-basierten Stromsensor Xensiv TLI4971 entwickelt. 

Open- oder Closed-Loop?

Bei Magnetfeld-basierten Sensoren unterscheidet man grundsätzlich zwischen Open-Loop- (direktabbildender Stromwandler) und Closed-Loop-Konfiguration (Kompensations-Stromwandler). Bei Open-Loop-Systemen erzeugt der Primärstrom in einem Ringkern ein magnetisches Feld, das von einem Magnetsensor in eine Messspannung umgesetzt wird. Dabei wird der durch den Primärstrom erzeugte Magnetfluss im Magnetkreis konzentriert. Bei Closed-Loop-Systemen wird der durch den Primärstrom erzeugte Magnetfluss mit Hilfe einer Sekundärwicklung kompensiert, wobei ein Magnetsensor mit entsprechender Elektronik verwendet wird, um den Kompensationsstrom zu steuern. 

Kernbasierte Verfahren haben Nachteile bezüglich der Verluste im Kern, Sättigungs- und Hysterese-Effekten sowie Langzeitdrift. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit magnetischen Kernen als Feldkonzentratoren weist der „kernlose“ Stromsensor Xensiv TLI4971 diese negativen Effekte nicht auf. Darüber hinaus bietet der Sensor eine integrierte Selbstdiagnose-Funktion. Die bewährte und robuste Hall-Technologie von Infineon ermöglicht präzise und hoch lineare Strommessungen bis zu ±120 A.

Das analoge Schaltungskonzept in Kombination mit der speziellen digitalen Stress- und Temperatur-Kompensation sorgt für eine hohe Stabilität in Bezug auf die Temperatur und die gesamte Lebenszeit. Das analoge Ausgangssignal hat eine konstante Gruppenlaufzeit über den gesamten Temperaturbereich. Das differenzielle Messprinzip erlaubt die Unterdrückung von Streufeldern und damit den Betrieb in rauen Umgebungen. Die integrierte Primärschleife (Stromschiene) mit einem sehr geringen Widerstand von 225 µΩ resultiert in geringen Leistungsverlusten und ermöglicht eine kompakte Sensor-Schaltung.