測(cè)量功率正在成為智能家居中越來(lái)越重要的元素。推出智能電網(wǎng)和智能電表的成本應(yīng)該通過(guò)節(jié)省電力成本來(lái)彌補(bǔ)，但目前還沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。智能網(wǎng)絡(luò)還希望識(shí)別作為主要功率的設(shè)備，以便最小化電流消耗，減少賬單并在公用電網(wǎng)上分散負(fù)載。

測(cè)量功率的一個(gè)關(guān)鍵因素是傳感器，霍爾效應(yīng)磁傳感器的位置理想，可提供用戶和公用設(shè)施所需的信息。這些傳感器在過(guò)去幾年中一直在悄然發(fā)展，轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)并集成鐵磁元件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在，智能網(wǎng)絡(luò)的前進(jìn)步驟將這些傳感器連接到無(wú)線收發(fā)器和可選的微控制器，以將數(shù)據(jù)發(fā)送回中央集線器。然后，可以在家中本地檢查數(shù)據(jù)以識(shí)別電力使用，或匿名匯總以提供關(guān)于區(qū)域中的電力使用的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。

霍爾效應(yīng)傳感器

Melexis MLX91205電流傳感器是基于霍爾效應(yīng)的單軸磁場(chǎng)傳感器。它是CMOS霍爾電路和薄鐵磁集中器的集成組合。 CMOS電路包含兩對(duì)霍爾元件，其靈敏度方向與芯片表面平行。鐵磁集中器放大外部磁場(chǎng)并將其集中在霍爾元件上，以便為功率測(cè)量提供更大的規(guī)模。這使得它適用于交流和直流電流，產(chǎn)生與施加的磁場(chǎng)平行于芯片表面成比例的模擬，線性，比率輸出電壓。

圖1 ：Melexis MLX91205電流傳感器顯示霍爾電路和鐵磁集中器。

該電路采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，鐵磁層采用簡(jiǎn)單的后處理步驟。該單片器件集成了霍爾元件，偏移消除電路，電流源，斬波穩(wěn)定放大電路和參數(shù)編程功能。

通過(guò)使用動(dòng)態(tài)偏移消除，可以降低由溫度變化，封裝應(yīng)力等引起的任何偏移電壓。因此，該器件具有極其穩(wěn)定的信號(hào)輸出，不受機(jī)械應(yīng)力的影響，幾乎不受溫度循環(huán)的影響。這提供了廣泛的應(yīng)用范圍和非常高的精度。與其他線性霍爾傳感器不同，MLX91205可測(cè)量與芯片表面平行的磁場(chǎng)，非常適用于PCB上的開(kāi)環(huán)電流檢測(cè)以及電表或設(shè)備。它具有小尺寸應(yīng)用設(shè)計(jì)和適用于各種電流范圍的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

快速響應(yīng)時(shí)間和高帶寬意味著該傳感器適用于非接觸式，高電流，高電壓設(shè)置中的高速電流測(cè)量。有兩種不同的產(chǎn)品版本可供選擇。 91205HB的線性磁場(chǎng)范圍為±25 mT，91205LB的線性范圍為±10 mT。 HB指的是高磁場(chǎng)，而LB指的是低磁場(chǎng)范圍。

圖2：使用MLX91205電流傳感器測(cè)量低（頂部），中（中）和高（底部）電流。

低電流測(cè)量，最高±2 A

MLX91205可以通過(guò)傳感器周?chē)木€圈增加磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量低電流。測(cè)量的靈敏度（輸出電壓與線圈中的電流）將取決于線圈的大小和匝數(shù)，但是通過(guò)在線圈周?chē)砑悠帘慰梢垣@得額外的靈敏度和對(duì)外部場(chǎng)的增強(qiáng)的抗擾度。線軸提供非常高的介電隔離，使其成為具有相對(duì)低電流的高壓電源的合適解決方案。應(yīng)對(duì)輸出進(jìn)行縮放，以獲得要測(cè)量的最高電流的最大電壓，以獲得最佳精度和分辨率。

中等電流高達(dá)±30 A

如果PCB上有單根導(dǎo)線，則可以測(cè)量高達(dá)30安培的電流。 PCB走線的尺寸需要考慮電流處理能力和總功耗。 PCB走線需要足夠厚且足夠?qū)?，以便連續(xù)處理RMS電流。

此配置的差分輸出電壓可近似為VOUT = typ。 35 - 40 mV/A * I.這表明，對(duì)于30 A的電流水平，輸出約為1050 mV。

高達(dá)±600 A的高電流測(cè)量

另一種測(cè)量PCB上高電流的方法是使用大而厚的銅線，能夠在PCB的另一側(cè)傳輸電流。 MLX91205應(yīng)位于跡線中心附近;但是，由于跡線很寬，輸出對(duì)PCB上的位置不太敏感。由于導(dǎo)體的距離和寬度，該配置也具有較低的靈敏度。

在許多應(yīng)用中，91205的輸出電壓是通過(guò)微控制器測(cè)量的。在應(yīng)用中組裝91205之后，通過(guò)校準(zhǔn)系統(tǒng)可以顯著提高電流傳感器系統(tǒng)的精度。通過(guò)施加已知電流，例如在100A時(shí)，微控制器的輸出電壓可以校準(zhǔn)到精確值，即100A時(shí)的2.000V。這樣可以在一定溫度下簡(jiǎn)單地校準(zhǔn)偏移和靈敏度。

圖3：MLX91205電流傳感器的單端輸出。