CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.4. Module cảm biến dòng (ACS712)
2.4.1. Lý thuyết về hiệu ứng Hall:
Trong đề tài này, ở kênh đo dòng điện em đo dòng điện qua tải bằng cảm biến dòng ASC712 hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, do đó sau đây sẽ giới
24
thiệu về lý thuyết hiệu ứng Hall.
Khái niệm:
Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall.
Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879.
Hình 2.10. Nguyên lý hiệu ứng Hall khi chưa có từ trường (a) và khi có từ trường (b)
Hình 1(a) thể hiện nguyên lý cơ bản của hiệu ứng Hall. Nếu một tấm vật liệu bán dẫn mỏng (phần tử Hall) có dòng điện chạy qua nó và ta kết nối ngõ ra vuông góc với chiều của dòng điện, khi không có từ trường đặt vào, sự phân bố dòng sẽ không đổi và không có sự khác biệt về điện áp ở ngõ ra.
Khi đặt một từ trường vuông góc vào như hình (b), một lực Lorent tác dụng lên dòng điện. Lực này sẽ làm nhiễu loạn sự phân bố dòng điện, kết quả là tạo sự khác biệt về điện áp ở ngõ ra. Điện áp này được gọi là điện áp Hall.
Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là:
VH= IB/(den) Trong đó:
+ VH là hiệu thế Hall . Đơn vị: Volt (V).
25
+ I là cường độ dòng điện. Đơn vị: Ampere (A).
+ B là cường độ từ trường . Đơn vị : Tesla (T).
+ d là độ dày của thanh Hall . Đơn vị : Mét (m).
+ e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall.
Đơn vị: Coulomb (C).
+ n mật độ các hạt mang điện trong thanh Hall. Đơn vị: 1/m3 2.4.2Giới thiệu IC cảm biến dòng ASC712:
* Khảo sát IC ACS712:
- ACS712 của hãng Allegro cung cấp giải pháp kinh tế và chính xác cho việc cảm ứng dòng AC hoặc DC trong các hệ thống công nghiệp, thương mại và liên lạc. Dạng đóng gói của thiết bị cho phép người sử dụng dễ dàng lắp đặt. Thiết bị bao gồm mạch điện Hall tuyến tính, độ lệch thấp và độ chính xác cao trong việc cảm biến dòng điện và tạo ra một điện áp ở ngõ ra tương ứng. Do các tính năng nổi trội như đã nêu ở trên, em đã chọn IC ASC712 để sử dụng trong kênh đo dòng điện.
- Cảm biến dòng ASC712: có chức năng ánh xạ dòng điện qua tải thành một điện áp ngõ ra tương ứng. Điện áp ngõ ra này có dạng:
Hình 2.11. Biểu đồ điện áp ngõ ra
- Mức điện áp
2 Vcc
= 2.5VDC là cố định tại ngõ ra của ASC712, tín hiệu dạng sine là ánh xạ của dòng điện qua tải với tỉ lệ 1A100mV.
26
- Mặt khác module ASC712 luôn cho ra trên ngõ V+ một điện áp DC bằng
2
Vcc , do đó ta dùng điện trở R1 và R2 để phân áp từ nguồn Vcc, tạo ra điện áp
2 Vcc
đưa tới ngõ V-. Như vậy sẽ triệt được thành phần DC khi đưa vào bộ chuyển đổi.
Hình 2.12. Cấu trúc của IC ASC712 Bảng 2.1. Mô tả chức năng chân:
Số thứ tự chân Tên Chức năng
1 và 2 IP+ Ngõ vào của dòng cần đo
3 và 4 IP- Ngõ ra của dòng cần đo
5 GND Chân đất
6 FILTER Chân lắp tụ chọn khoảng tần số làm việc 7 VIOUT Điện áp ngõ ra tương ứng với dòng điện
vào
8 VCC Chân nguồn
*Các đặc điểm chính của IC cảm biến dòng ASC712:
- Đường tín hiệu analog độ nhiễu thấp
- Băng thông của thiết bị được thiết định thông qua chân FILTER mới.
- Thời gian tăng của ngõ ra để đáp ứng với dòng ngõ vào là 5us.
27
- Băng thông 80kHz.
- Tổng lỗi ngõ ra tại T=25oC là 1.5%.
- Dạng đóng gói SOIC8 với các chân nhỏ.
- Điện trở dây dẫn trong 1.2MΩ.
- Điện áp cách điện tối thiểu 2.1kV RMS từ chân 1-4 đến chân 5-8.
- Nguồn vận hành đơn 5V.
- Độ nhạy ngõ ra từ 66 đến 185mV/A.
- Điện áp ngõ ra tương ứng với dòng AC hoặc DC.
- Điện áp offset (lệch ) ngõ ra cực kỳ ổn định.
- Sự trễ từ gần bằng 0.
- Ngõ ra tỷ lệ trực tiếp với ngõ vào từ nguồn cung cấp.
* Mạch ứng dụng đo dòng: