nota técnica
como medir Corrente Contínua Ralf Hickl Product Sales Manager Automotive Business Unit RUTRONIK Elektronische Bauelemente GmbH
O crescimento da eletrificação é inquestionável. A medição de corrente eficiente e precisa requer sensores adequados, sobretudo para correntes CC. Estão disponíveis 3 métodos para medir correntes pulsadas de fontes de alimentação com componentes CC. Método 1: shunts Os shunts medem a corrente diretamente com base na Lei de Ohm. O fluxo de corrente através de um resistor faz com que a voltagem através desse resistor caia proporcionalmente à corrente. Essa correlação linear torna, especialmente, simples processar o sinal analógico numa medição. Um amplificador de deteção de corrente processa a tensão de medição para que a faixa de tensão de entrada do conversor analógico/digital (ADC) seja utilizada corretamente no microcontrolador. Os shunts adequados estão disponíveis em fornecedores como Vishay, Rohm, KOA e Panasonic. Eles variam em tamanho de resistores de chip a enormes arcos de metal com conectores de parafuso e perdas de energia até dezenas de watts. Se o layout e a captação do sinal estiverem de acordo com as condições de manuseamento estipuladas pelo fabricante, a imprecisão da medição dependerá das tolerâncias dos componentes usados na cadeia de sinal. As informações nas data sheet tornam relativamente fácil avaliar a precisão do sistema como um todo. As vantagens com a utilização de shunts para medição de corrente são: • Alta largura de banda; • Baixa sensibilidade à interferência; • Grande e diversificada gama de produtos; • Pode ser integrado no barramento (linha de transmissão de energia). Desvantagens: • Princípio de medição com perda de potência proporcional a R e I2; • Sem isolamento galvânico entre a corrente de medição e o sinal de medição; • Necessária experiência no processamento de sinal analógico; Método 2: sensores de campo magnético Este método envolve o sensor de campo magnético sendo colocado no condutor elétrico. Um campo magnético cilíndrico é formado em torno do condutor energizado reto. De acordo com a Lei de Ampère, a força do campo magnético depende da corrente e da distância do condutor. Um utilizador que constrói um sensor de corrente com base neste princípio deve, portanto, controlar as tolerâncias de produção mecânica e a estabilidade mecânica da estrutura como um todo. As vantagens de usar sensores de campo magnético são: • Isolamento galvânico de corrente de medição e sinal de medição; • Perda de potência praticamente nula na medição; • Digitalização já realizada no sensor de campo magnético; • Adequado para medição de grandes correntes. 46
Desvantagens: • Potencialmente sensível a campos perdidos; • Conhecimento mecânico exigido ao utilizador, geometria e tolerâncias de produção refletidas na função de transferência; • Baixa largura de banda; Método 3: CIs de sensor de corrente prontos para utilizaçãso ou módulos de sensor de corrente O uso de módulos sensores de corrente pré-fabricados ou CIs é muito mais simples do que usar sensores de campo magnético, pois os fabricantes já terão resolvido os problemas do projeto mecânico. A curva de transferência é conhecida e é mostrada na data sheet. Os CIs de sensores de corrente para soldagem em PCBs onde o condutor é alimentado através do pacote de CI são amplamente utilizados. Para correntes mais altas, existem módulos com orifícios de encapsulamento (passantes), através dos quais o condutor de energia é passado uma ou várias vezes. A variação da contagem do loop fornece um método simples de ajustar a sensibilidade do sistema de medição. As vantagens de usar módulos e ICs prontos para uso são: • Fácil de usar com curvas, conforme descrito na folha de dados; • Isolamento galvânico de corrente de medição e sinal de medição; • Perda de potência praticamente nula na medição; • Digitalização já realizada no módulo sensor. Desvantagem: • Poucos fornecedores. Conclusão À medida que os dispositivos alimentados por bateria se tornam mais difundidos e a eletrificação avança, há cada vez mais correntes CC a serem medidas. Dependendo do nível de corrente e da quantidade de frequência de um componente CA sobreposto, existem vários sensores disponíveis: resistores shunt, módulos de sensores de corrente / ICs ou desenvolvimentos próprios com sensores de campo magnético. Os resistores shunt são especialmente adequados para baixas tensões devido à falta de isolamento galvânico e para baixas correntes devido à inevitável perda de potência, que aumenta em proporção ao quadrado da corrente. Mesmo assim, eles são usados em alguns veículos elétricos com correntes de várias centenas de amperes e tensões de 400 V para detetar correntes de bateria. Como os resistores shunt têm uma baixa auto-indutância, a faixa de frequência é grande e é amplamente ditada por como os sinais analógicos são processados a jusante. Os sensores de corrente que usam campos magnéticos são especialmente adequados para grandes correntes, pois praticamente não sofrem perda de energia e são ideais para altas tensões, porque oferecem um isolamento galvânico. A largura de banda é geralmente limitada pelo sensor e menos pela eletrónica a jusante.