Gdy kiedyś trafiłem na układy ACS712 zastanawiałem się czy nie są przypadkiem konkurencją dla przekładników. Teraz myślę, że zdecydowanie nie, gdyż każdy z tych elementów znajdzie odrębne zastosowanie w podobnym zakresie funkcjonalności. Wszak przekładnikiem nie zmierzymy wartości płynącego prądu stałego, a scalony sensor firmy Allegro MicroSystems trzeba wpiąć bezpośrednio w mierzony obwód. Więc oba te rozwiązania znakomicie się uzupełniają.  😛

Zawsze uważałem, że język obrazkowy jest najlepszy na świecie. I jak się popatrzy na grafikę prezentującą wnętrzności układu ACS712, która zarazem przedstawia istotę działania układu, to potwierdzenie znajduje prawda – dobry obrazek jest lepszy od tysiąca słów.
Więc jak to działa? prąd doprowadzony do odpowiednich wyprowadzeń przepływając przez układ oddziałuje na zintegrowany czujnik Halla, i wystarczy tylko mierzyć liniowo (w stosunku do przepływającego prądu) odkładające się napięcie na stosownym pinie wyjściowym. Producent całą charakterystykę układu scalonego pięknie zamknął w jednym zdaniu:

ACS712: Fully Integrated, Hall-Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor.

Zapoznanie:

Rezystancja wewnętrznej ścieżki przewodzącej wynosi typowo 1,2mΩ, zapewniając niskie straty energii. Grubość tego przewodu miedzianego pozwala na przeżycie w urządzeniu do 5 krotnego przeciążenia. Ścieżka przewodząca jest elektrycznie odizolowana od wyprowadzeń czujnika IC (PIN 5 do 8). Cecha ta pozwala używać ten scalony czujnik prądu ACS712 w zastosowaniach wymagających izolacji elektrycznej bez użycia transoptorów lub innych kosztownych technik izolacji.
Scalony sensor do pomiaru prądu ACS712 produkowany jest w trzech wersjach, z których każdy egzemplarz należy stosować do pomiaru innej wielkości prądów zarówno napięcia AC jak i DC. I tak:

ACS712ELCTR-05B-T  dla prądów max ± 5A, zapewnia rozdzielczość 185mV/A,
ACS712ELCTR-20A-T  dla prądów max ± 20A, zapewnia rozdzielczość 100mV/A,
ACS712ELCTR-30A-T  dla prądów max ± 30A, zapewnia rozdzielczość 66mV/A,

Wszystkie wersje zostały opracowane w obudowie SOIC z 8 wyprowadzeniami. Sensor umożliwia pomiar prądu w obydwu kierunkach przepływu. Dlatego wartości mierzonego prądu 0,00A odpowiada napięcie na wyjściu równe 2,5V.
Można go używać w temperaturach  -40°C to 85°C, do pomiarów ciągłych prądu w zakresie częstotliwości do 80kHz (AC). Przy zapewnieniu prawidłowego napięcia zasilania na poziomie 5V pobierać powinien około 10mA, i jest gotowy do pracy po 35µs od załączenia zasilania. Producent wykonuje pełną kalibrację w procesie technologicznym, aby uniezależnić dokładność pomiarów od temperatury i zminimalizować błąd pomiarów do wartości zbliżonej do 1%. Wybrany typ sensora stanowi przykład z szerokiej rodziny układów, z różną liczbą wyprowadzeń przygotowanych do ciągłego pomiaru prądów w zakresie do 50A.

Demo board i dostępne moduły z układem ACS712

Producent przygotował płytkę testową do poznania właściwości układu, dla mnie stanowi ona bardzo dobry przykład aplikacji sensora. Wypatrzeć tam można dławik na wejściu zasilania i kolejno bardzo stabilny Ultra Low-Dropout regulator napięcia bardzo małej mocy (LP2980AIM5-5), mający zapewne znaczny wpływ na jakość pomiarów. W sieci internet udostępniona jest pełna dokumentacja produkcyjna płytki testowej.

Moduły, które zakupiłem w połowie marca 2014 roku 😀 umożliwiają pomiar prądów do 5A i 30A, nie różnią się wiele. Praktycznie mają złącze przystosowane do różnych przekrojów przewodu, i mniejszy moduł o zakresie do 5A, wyposażono w kontrolkę zasilania w postaci diody LED. Poza tymi detalami widać minimalizację kosztów producenta … 🙄 W tym momencie warto wspomnieć, że producent zaleca przy pomiarze wysokich napięć i dużych prądów aby pod układem scalonym wyfrezować w PCB szczelinę pomiędzy dwoma rzędami pinów. Jak również stosować PCB o grubszej warstwie miedzi np 2-oz. W prezentowanych rozwiązaniach nie doświadczymy tych dwóch wymienionych cech.

Interesującym rozwiązaniem, na które się natknąłem jest również moduł firmy Sparkfun, dzięki któremu mamy możliwość regulacji wzmocnienia i przesunięcia zakresu pomiarowego. Wszystko dzięki zastosowaniu dodatkowego wzmacniacza operacyjnego w odpowiedniej aplikacji. Na witrynie produktu przedstawionej na końcu mojej prezentacji, (podałem link) producent zamieścił pliki źródłowe pomocne w konstruowaniu podobnego lub identycznego modułu. Schemat pozwolę sobie przedstawić w treści ze względu na jego edukacyjne wartości 🙂

Zaglądając do noty katalogowej na stronę 12 znajdziemy równie pomocne przykłady zastosowań układu sensora.

Moją uwagę zwróciło zastosowanie nr 3, gdzie zakres pomiarowy został zmodyfikowany tak by można było mierzyć precyzyjnie niewielkie prądy w zakresie pomiarowym 0-5V, oraz zastosowanie nr 4, w którym zakres pomiarowy dostosowany został dla przetworników ADC pracujących z napięciem do 3V. Aplikacja nr 1 to minimalistyczna wersja, według której zbudowano większy z modułów które posiadam (schemat na str 1 noty). Zaprezentowane pozostałe przykłady stanowią oryginalne pomysły zastosowania układu jako detektora do monitorowania zdarzeń na liniach zasilania, bądź samych odbiorników energii.

 Warto przejrzeć:

http://www.allegromicro.com/en/…/DC-and-Transient-Current-Capability-Fuse-Characteristics.aspx
http://www.allegromicro.com/en/…/ACS712-ACS713-Frequently-Asked-Questions.aspx
tam znajdziemy dodatkowe potwierdzenie, że układ ACS712 można stosować bezpiecznie do pomiaru prądu w obwodach 240 VAC, oczywiście przy odpowiedniej konstrukcji PCB ze scalonym układem pomiarowym.

Opis powstał dzięki materiałom i wiadomością pochodzącym w dużej mierze z witryn:

firmy Allegro MicroSystems – producenta sensora ACS712 http://www.allegromicro.com/
firmy Sparkfun – producenta ciekawych modułów https://www.sparkfun.com/
firmy Digi-Key – dystrybutora podzespołów elektronicznych http://digikey.pl

nota katalogowa IC – ACS712.pdf (4391 pobrań )
nota katalogowa stabilizatora LDO – LP2980-n.pdf (3871 pobrań )