Akim sensorü / Ampermetre

Cold Welding çalışmamda IGBT'lerden kaç amper geçiyor ve akımın dalga şekli nasıl  bilgisine ihtiyacım var. Bunun için iyi bir akım sensoru gerekiyor. Üst limit 30A.

Bu amaçla ACS serisi ya da LEM serisi akım sensörleri var fakat bunları sevemedim. Bana band genişliği yüksek  akım dalga şeklini olabildiğince gerçekçi verebilecek yani scopla izleyebileceğim bir sensör lazım.

Sırf bu amaçla sensör devresi tasarladım ve bu çalışmada akım yönü negatif olmayacağı için 3v çıkışın tamamını 0..30A aralığı olarak kullandım. Amper başına 100mV veriyor.

Devrenin kalbi tabiki kaliteli bir sönt direnç. En az 10 yıl olmuştu BV R010 u alalı. Binde 5 toleranslı. Gerçi şemadan da görüleceği üzere bu çalışmada direnç toleransı çok önemli değil. Devrede kalibrasyon için 1K trimpot var. 8K2 Direnç ve 1K trimpot yerine 9K direnç koyarsanız kalibrasyona da gerek kalmaz. Bu durumda BV R001 gibi kaliteli bir direnç kullanmanız şart olur. Tabiki kalibrasyon yapmayacaksanız dirençlerin toleranslarının çok çok düşük olması gerekiyor.

Ayrıca ister kalibrasyon yapın ister yapmayın devre elemanlarının sıcaklıkla değer değiştirmemesi gerekir. Fakat bu çalışmada o kadar da detaya girmedim. Tek derdim IGBT leri yakmamak adına akımı olabildiğince iyi gözlemek.

Devreyi adaptörle besleyeceğim. Fakat 9V pille de beslenebilir. Çıkışı doğrudan scopa gireceğim. Scopumu şebekeden izole çalıştırdığımı özellikle belirteyim.

Current Sensor

Current Sensor1

Bir iki gün içinde bu devreden 30A akıtıp kalibrasyon da yapacağım. Bunun için nasıl 30A akım temin ettiğimi ve kalibrasyon adımlarını da anlatacağım.

Bu arada yanlışlıkla direnci R010 yerine R001 takmışım.

Devreden 30A akım akıtmak için aşağıdaki devreyi tasarladım. 100nF 2kV kapasitor yerine farklı kapsaite ve tipte pek çok kondansatör  denedim ama hepsi de ESR sorunu çıkartıp akım darbesinin tepe değerinin küçük olmasına neden oldu.

Current Pulse

Devre her 40mS de bir 10uS genişliğinde 30A lik exp akım darbesi üretiyor. 10 Ohm direncin çok güçlü olmasına gerek yok.

Fakat şöyle bir sorun var. Akım palsi çok fazla magnetik alan oluşturuyor ve yakınlardaki iletkenlerde voltaj endüklüyor. Bu nedenle yukarıdaki devreyi ekranlamam gerekecek.

Akım sensörü 10 Ohm dirence seri bağlanacak. Fakat exp darbe akım sensör devresindeki mevcut direnç değerlerinde sorun yaşattı ve direnç değerlerini düşürerek devrenin frekans cevabını artırmam gerekecek.

Dur dur dur dur....

e^{at} fonskiyonu çok iğnemsi. Bu palsi biraz yumuşaltsak da opampımızı yüksek frekanslı bileşenlere sahip iğne palsden kurtarsak mı?  Akımın sıfırdan tepe değere aniden fırlayıp exponansiyel düşmesi sonucu sens direncinde düşen voltajımız da aynı formda olacağı için opampımızın bu sinyali yükseltebilmesi için çok yüksek band genişliğine sahip olması gerekir.

Bakın ne yapacağım. Deşarj yoluna bir endüktansı seri bağlayacağım. Tabiki bu durumda akımın tepesi basitçe Vc/R den hesaplanamaz.

Başlangıçta Vo gerilimine sahip C kondansatörü  seri RL devresine boşaltılıyor. Başlangıçta bobinden hiç akım akmıyor olsun. Turevin de ilk değeri 0 olsun.

i(t)=-C\frac{dVc}{dt}   ve  Vc=L\frac{di}{dt}+Ri yazabiliriz.

S domeninde i=-sCVc+CVo   ve  Vc=sLi+Ri yazabiliriz.

i=-sC(sLi+Ri)+CVo

i+sC(sLi+Ri)=CVo

CVo=i+s^{2}LCi+sRCi=(s^{2} + s\frac{R}{L}+\frac{1}{LC})iLC

i=\frac{Vo}{L}\frac{1}{s^{2} + s\frac{R}{L}+\frac{1}{LC}}

s^{2} + s\frac{R}{L}+\frac{1}{LC}=(s+a+jb)(s+a-jb)

2as=s\frac{R}{L} den  a=\frac{R}{2L}

a^2+b^2=\frac{1}{LC} den b=\sqrt{\frac{1}{LC}-\frac{R^2}{4L^2}}

i=\frac{Vo}{L}\frac{1}{(s+a+jb)(s+a-jb)}=\frac{Vo}{L}(\frac{A}{s+a+jb}+\frac{B}{s+a-jb})

A=-\frac{1}{2jb}   B=\frac{1}{2jb}

i=\frac{Vo}{2jbL}(\frac{1}{s+a-jb}-\frac{1}{s+a+jb})

Rüyadan gerçek dünyamıza dönelim.

i(t)=\frac{Vo}{2jbL}(e^{-at+jbt}-e^{-at-jbt})

i(t)=\frac{Vo}{bL}e^{-at}\frac{(e^{jbt}-e^{-jbt})}{2j}=\frac{Vo}{bL}e^{-at}sin(bt)

i(t)=\frac{Vo}{wL}e^{-\frac{Rt}{2L}}sin(wt)  burada w=\sqrt{\frac{1}{LC}-\frac{R^2}{4L^2}}

 L=0.5mH  C=7uF   R=1.5 Ohm icin devremizde mavi grafik enduktans voltajıni, kırmızı grafik ise sinusel akım darbemize aittir,

Akım darbesi artık çok daha yumuşak forma sahip olduğundan MCP6022 bu sinyali sorunsuz yükseltebilecektir.

Sinusel Current Pulse

 

Bu yazı 2- Arm ve Asm kategorisine gönderilmiş. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin.