Návrh analogového ekvalizéru pro Hallovy bezjádrové proudové senzory

Abstract

Cílem této práce je navrhnout analogový ekvalizér pro bezjádrový Hallův proudový senzor ACS37610, který detekuje magnetické pole kolem zářezu vodiče, jímž prochází měřený proud. Simulace zářezu odhalily jeho frekvenční charakteristiky v závislosti na jeho rozměrech a vzdálenosti senzoru, což umožnilo určení kompenzační přenosové funkce. Po stanovení přenosové funkce byla navržena obvodová realizace. Tato práce využila plně diferenciální operační zesilovač se spínanými kapacitory realizujícími rezistory a matice kondenzátorů pro nastavení frekvenční charakteristiky ekvalizéru kompenzující frekvenční odezvy zářezu pro jeho různé velikosti a vzdálenosti senzoru. Výsledky potvrzují, že navržený ekvalizér splňuje dané požadavky na kompenzaci fázového posunu a amplitudy v teplotním rozsahu od -40 °C do 170 °C a napěťových rozsazích od 3 V do 3.6 V a 4.5 V do 5.5 V. Nejhorší fázová kompenzace do 3 kHz je -0.986°, což je v rámci maximální povolené tolerance 1°. Nejhorší chyby po kompenzaci amplitudy do 3 kHz je 1.947 % a -5.623 % do 20 kHz, oba výsledky splňují požadavky 2 % a10 % následovně

The objective of this thesis is to design an analog equalizer for the coreless Hall-effect current sensor ACS37610, which detects the magnetic field around the notch of a busbar carrying the measured current. Simulations of the notch described its frequency behavior in relation to its dimensions and the sensor’s distance, enabling the determination of the compensating transfer function’s form. With the transfer function established, a circuit implementation was designed. This thesis utilized a fully differential operational amplifier with switched capacitors as resistors and capacitor matrixes to tune the equalizer, achieving the desired compensating frequency response across a range of notch sizes and sensor distances. The results confirm that the designed equalizer meets the stringent requirements for phase shift and magnitude attenuation across temperature range from -40 °C to 170 °C and voltage ranges from 3-3.6 V and 4.5-5.5 V. The worst-case phase shift after compensation up to 3 kHz is -0.986°, well within the maximum allowable value of 1°. The worst-case magnitude errors after compensation up to 3 kHz are 1.947 % and -5.623 %, both better than the maximum allowable values of 2 % and 10 %, respectively.