В статье предлагается обзор интегральных датчиков тока на основе эффекта Холла и интегрированных шунтов, производимых компаниями Allegro MicroSystems и MAXIM-Dallas. Приводится сравнительный анализ распространенных технологий измерения тока, рассматриваются предпочтительные области их применения.

Задача измерения токов в диапазоне до сотен ампер актуальна в автоматизированных электроприводах и во многих разделах силовой электроники. В связи с увеличением рабочих частот преобразовательных установок и возросшими требованиями к массогабаритным показателям использование традиционных методов измерения тока (шунты и токовые трансформаторы) не всегда приемлемо. Сегодня существуют недорогие малогабаритные, гальванически изолированные датчики для цепей постоянного и переменного тока. О них и пойдет речь ниже.

В настоящее время из многих методов измерения тока на практике в основном используются три метода: шунты, в том числе и малоиндуктивные, датчики на основе эффекта Холла и трансформаторы тока.

Использование шунтов обусловлено их низкой стоимостью и потенциально высокой точностью измерения. Однако при этом приходится мириться с относительно большой рассеиваемой мощностью и отсутствием гальванической развязки между силовой цепью и выходным сигналом. Кроме того, дешевые шунты имеют значительную паразитную индуктивность, что препятствует их использованию на высоких частотах. Специализированные шунты с малой индуктивностью для работы на высоких частотах свыше 500 кГц довольно дороги. Как правило, выходной сигнал шунта необходимо дополнительно усиливать с помощью внешней схемы. В этом случае могут возникнуть трудности при большом синфазном напряжении на шунте, и потребуется применить, например, операционный усилитель с гальванической развязкой.

Другой распространенный метод измерения тока основан на использовании эффекта Холла. Главными достоинствами датчиков, основанных на эффекте Холла, являются очень малые собственные потери энергии, полноценная гальваническая развязка с электрической прочностью изоляции до нескольких киловольт, измерение переменных и постоянных токов. В сравнении с шунтами их потенциальные недостатки сводятся к ограниченному частотному диапазону, наличию постоянного смещения выходного напряжения и необходимости внешнего источника питания.

Еще одна недорогая технология — использование трансформаторов тока — позволяет измерять только переменные токи. Наиболее простые трансформаторы разрабатываются для узких частотных диапазонов и при этом они оказываются все же более дорогими, чем шунты и датчики Холла. Однако трансформаторы тока имеют и ряд достоинств: отсутствие смещения выходного напряжения при нулевых токах, гальваническая развязка, не требуется внешний источник питания.

Наиболее удобно применять конструктивно и функционально законченные датчики, содержащие все необходимые токочувствительные элементы, схемы преобразования и усиления измеряемых сигналов. Часто необходимо измерять токи, протекающие через датчик в разных направлениях. Наиболее интересными из представленных на рынке решений являются датчики тока на основе эффекта Холла компании Allegro Microsystems Inc. и интегральные датчики на основе резистивных элементов, производимые MAXIM-Dallas.