Características do transdutor de corrente em circuito fechado

Um transdutor de corrente adequadamente selecionado para uma aplicação pode facilmente fornecer mais de 25 anos de serviço. Ao reconhecer os detalhes por trás da folha de dados, são possíveis aplicações com melhor desempenho e designs mais robustos.

Erik Lange, engenheiro de marketing e aplicações | LEM EUA, Inc.

A medição de corrente é parte integrante da eletrônica de potência. Os transdutores de corrente fornecem esta medição com diferentes tecnologias disponíveis. A tecnologia mais comum usada é o Closed Loop Hall Effect ou Closed Loop Flux Gate. A tecnologia Closed Loop oferece muitos benefícios específicos necessários aos projetistas de eletrônica de potência. No entanto, existem alguns detalhes nem sempre conhecidos que podem tornar uma aplicação excepcional ou resultar em falha. Abaixo estão algumas das características que devem ser consideradas.

Os transdutores de corrente são dispositivos passivos no conceito de que não influenciam ativamente a corrente que está sendo medida, mas requerem energia para operar. Os requisitos de alimentação típicos estão na faixa inferior a 30 mA, independentemente da tensão de alimentação. A maioria dos transdutores requer uma alimentação bipolar (+/-15V sendo o típico). Os transdutores de alimentação unipolares estão se tornando mais disponíveis. Dispositivos de malha fechada têm requisitos adicionais de consumo de corrente para suas correntes secundárias.

Os transdutores de corrente (não devem ser confundidos com transformadores de corrente) podem medir correntes CC e CA. A medição DC requer transdutores de corrente. Esta é uma das duas características que diferenciam os transdutores de outras formas de medição de corrente. Uma corrente CA pura pode ser medida por um transformador de corrente comum. Mas se a corrente que está sendo medida tiver períodos de tempo sem di/dt, será necessário um transdutor de corrente.

O isolamento galvânico é a segunda característica que orienta a seleção do transdutor de corrente como a solução para uma aplicação de medição de corrente. O circuito primário e o circuito secundário do transdutor de corrente são eletricamente isolados um do outro. Isso permite um alto potencial primário (480V), enquanto o secundário tem uma tensão de controle mais baixa (+/-15V ou +5V). O isolamento galvânico é conseguido através do magnetismo. A corrente primária gera um campo magnético que é concentrado por um circuito magnético. Um dispositivo de medição magnética mede o campo B e emite a intensidade de alguma forma (tensão ou corrente limite). A informação de intensidade é convertida em uma saída de tensão ou corrente que é proporcional à corrente primária.

O transdutor de corrente original desenvolvido é o Open Loop Hall Effect. Este transdutor consiste em três partes: um circuito magnético, uma célula Hall e um amplificador. A saída é uma tensão proporcional à corrente primária.

O próximo avanço na tecnologia de transdutores é o efeito Hall de circuito fechado. O Closed Loop adota o conceito Open Loop e adiciona um enrolamento secundário à saída. Este enrolamento secundário é enrolado em torno do circuito magnético de forma que a corrente secundária crie um campo magnético oposto ao criado pela corrente primária. Isso cria um núcleo relativamente sem fluxo. Os benefícios do circuito fechado são a virtual falta de correntes parasitas e maior largura de banda. A saída pode ser modelada como uma fonte de corrente com uma corrente proporcional à corrente primária numa relação determinada pela contagem do enrolamento secundário. O fato de o ganho ser determinado pela contagem dos enrolamentos secundários o torna virtualmente imune a mudanças de ganho em relação à temperatura. Uma folha de dados do transdutor de circuito fechado não indicará um efeito de temperatura nas características de ganho. Não há efeito no ganho de temperatura em um dispositivo de circuito fechado. A saída de corrente é uma vantagem, pois é menos suscetível a fontes de ruído na aplicação. A corrente de saída de um circuito fechado é normalmente conduzida através de um resistor de 'carga'. A corrente que passa pelo resistor cria uma queda de tensão que pode ser medida por um IC analógico para digital ou IC comparador.

Figura 1. Loop Fechado

O Closed Loop Flux Gate substitui a Hall Cell por um detector Flux Gate. O Flux Gate é um pedaço de material magnético inserido em uma lacuna no circuito magnético. O núcleo do Flux Gate possui um enrolamento que é estimulado por uma tensão de onda quadrada. A corrente induzida é medida e quando atinge um determinado limite, o ciclo da onda quadrada muda. O ciclo de trabalho da onda quadrada é proporcional à corrente primária. A tecnologia Flux Gate é de natureza digital e possui um relógio interno que pode aparecer como ruído na frequência do relógio. No entanto, o ruído está bem acima da largura de banda do transdutor. Assim o sistema completo consiste em: circuito magnético, Flux Gate e enrolamento, um ASIC e um enrolamento secundário. O resistor de carga pode ser interno ao dispositivo, o que produzirá uma saída de tensão. Caso contrário, uma saída atual seria gerada. Existem outras tecnologias Flux Gate que utilizam diferentes esquemas de excitação e detecção, mas os resultados gerais são semelhantes.