电流传感器ACS712的原理与应用.pdf

l l 中国科技信息2 o 1 0 年第5 期 C H I N A S C I E N C E i A b 勋 !T E ~O G Y I N F O R MA T I O N Ma r 2 0 1 0 电流传感器 A C S 7 1 2 的原理与应用 董建怀 福建师范大学协和学院信息技术系 5 5 0 0 0 7 详细 介绍新型线性电 流传感 A C S 7 1 2 的 特点、 工作原理、特性曲线及其典型应用电路 对 A C S 7 I 2茸A D 0 0 8 0 9的接 口进 行 了分析和设计 ， 设计了 一种基于A C S 7 1 2的多点电流检测系统 它能准确 、实时地检测 多点 电流 ，使设备隐患 得 到 及 时 的处 理 ，确 保 人 身 安 全和 设 备安 全 蘧 0 _ _l 0◆¨ ll _ A C S T 1 2 ；特性 曲线； A ／ D 转换；电流检 测 B S - 485 引言 征工 、 汽车 、 商业和通信 系统 中， 为 了确保设备安全和人身安令，经常需要对 设备的某些关键点进行电流检测，传统的 检测方法存在测量精度不高，反应时间长 等问题 ， 对于大电流一般采用电流互感器 进行检测，电流互感器存在着绝缘困难 ， 成本高 ， 体积大， 重量重， 易受电磁干扰， 输出端不能开路 ，突发性绝缘击穿等缺 点。

新型线性电流传感器AC S 7 1 2 能有效 克服这些缺点，为工业、汽车、商业和通 信系统中的交流或直流电流感测提供经济 实惠的精密解决方案 1 、线性电流传感器 A C S 7 1 2 1 ． 1概述 AC S 7 i 2是 Al l e g r o公司新推出的一 种线性电流传感器， 该器件内置有精确的 低偏置的线性霍尔传感器电路 ， 能输出与 检测的交流或直 流电流成 比例的电压 具 有低噪声，响应时间快 ( 对应步进输入电 流 ， 输 出上升时 间为 5 S ) ， 5 0千赫带宽 ， 总输出误差最大为4 ％， 高输出灵敏度 ( 6 6 mV／ A～1 8 5 mV／ A) ， 使用方便 、 性价比 高、绝缘电压高等特点，主要应用于电动 机控制、载荷检测和管理、开关式电源和 过电流故障保护等，特别是那些要求电气 绝缘却未使用光电绝缘器或其它昂贵绝缘 技术的应用中 I ． 2引脚描述 AC S 7 1 2采用小 型的 S OI C 8 封装 ， 其引脚分 布如 图 1 所示 ， 采用单 电源 5 V供 电各引脚的功能介绍如表 l 所示，其中 引脚 1 和2 、3 和4均内置有保险，为待测 电流的两个输入端， 当检测直流电流时， l 和2 、 3 和4 分别为待测电流的输入端和输 出端 。

P- P， p— p — e0 l0|J丁 l L TE §N0 图1 A C S 7 1 2 引脚图 1 ． 3 AC S 7 1 2内部结构及工作原理 ACS 7 1 2的功能方框 图如图 2所示 ， 该器件主要由靠近芯片表面的铜制的电流 通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路 等组 成 被 测 电流 流 经的 通路( 引脚 l 和 2 ，3和 4之间的电路)的内电阻通常 是 1 ． 2 m‘ 2 ，具有较低的功耗被测电流 通路与传感器引脚 ( 引脚 5 ～8 )的绝缘电 压2 ． 1 k VRMS ，几乎是绝缘的 流经铜 制电流通路 的电流所产生 的磁场 ，能够被 片内的霍尔 I C感应并将其转化为成比例 的电压通过将磁性信号尽量靠近霍尔传 感器来实现器件精确度的最优化精确的 成比例的输出电压由稳定斩波型低偏置 B i C MO S霍尔集成电路提供， 该集成电路 在出厂时已进行了精确的编程稳定斩波 技术是一种新技术，它给片内的霍尔元器 件和放大器提供最小的偏置电压，该技术 几乎可以消除芯片由于温度所产生的输出 漂移 表 1 A C S 7 1 2 各引脚功能描述 引脚 名称 功 能描述 I 稿 1 2 I P + 被 测I L l 流输入或输 ⋯ 3和 4 I P ． 铍测 I 乜 流输入或输 ⋯ ) GND 信 地 6 F I E R 外接 I 乜 7 V1 0U T 懊拟 } 乜 输 出 8 VC C } 乜 源 l AC S 7 1 2 内含一个 电阻 RF ( I NT ) i [I -- 个缓 冲放大器 ，用 户可以通过 FI TE R 引 脚 ( 第 6脚)外接一个容 CF与RF ( I NT ) 组成一个简单的外接RC低通滤波器，由 于内部缓冲放大器能消除因芯片内部电阻 和接 口负载分压所造成的输出衰减 ，所 以外接的 RC低通滤波器不会影响信号的 衰 减 ，且可 进一 步 降低输 出噪 音 并改 善 低 电流精确 度 。

此 外 ，ACS7 1 2的响应 时间比一般的器件缩短了两倍以上，非 常适合保护及高速应用 1 ． 4特性 曲线与典型应用 A C S 7 1 2系列中共有三种型号 ： A C S 7 1 2 E L C T R ～ 0 5 B T． A C S 7 1 2 E L C T R 2 0 A — T． AC S 7 1 2 E L C TR一 3 0 A— T，它们 丁作的温 度 范 围 为4 0 ℃ 到 8 5 ℃ 其 中 AC S 7 1 2 E L C TR一 0 5 B— T的电流检测范 围 为 ±5 A，ACS 7 1 2 E L C TR 2 0 A T的 电 流检测范围为 ±2 0 A，ACS 7 1 2 E L C T R一 3 0 A— T的电流检测范围为±3 0 A图3 ( a ) 为 AC S 7 1 2 3 O A 输出电压与检测电流关 系的特性 曲线 ，在检测 范围 ±3 0 A内 ，传 感器的输出电压和检测电流成正比，几乎 不受温度的影响 图3 ( b ) 为 AC S 7 1 2 3 0 A 检测灵敏度与电流关系的特性 曲线，输出 l n1 ) I P + n棼 I P ． n 3 ) l p 一 n 4 ) 一 I p ( A) 图 3 ( a )输出电压与检测电流的关系 7 5 O 7 0 O ； 6 5 0 墓 0 0 ∽5 5 0 5 0 0 — ， 一 _ 1 O 一 20 一 l 0 0 1 0 2 0 3 0 I P ( A} 图 3( b ) 灵敏度与检测 电流的关系 图 3( c )A C S 7 1 2 典型应用图 2、 A C S 7 1 2 在 电流检测系统 中的应 用 2 ． 1系统组成 9 3 基于 AC S 7 1 2 的 电流检测 系统 的结 构 示意图如图4所示，系统由一个主控系统 和多个检测模块组成，各检测模块与主控 系统 问通过 4 8 5 总线进行通信 ，构成分布 式的应用系统。

电流检测模块的结构示意 图如 图 5 所示 ，由单 片机 AT8 9 S 5 2 、电流 检 测 传感 器 A C S 7 1 2、A／D 转换 器 ADC0 8 0 9和内含 RS - 4 8 5 收发 器VP 3 0 8 2 的接 V I 电路组成， 每个电流检测模块能监 测 8 路的电流各模块采集到的电流数据 通过 RS 4 8 5总线传送到主控 系统 ，主控 系统将收 到的数据进行显示 、报警和相应 的处理 图4电流检测系统结构图 盟 片 机 图5电流检测模块结构图 2 ． 2 AC S 7 1 2 与 ADC 0 8 0 9 接口 系统采 用AC S T 1 2 E I C TR一 3 0 A T进 行 电流检测 ，AC S 7 1 2 EL CTR 3 0 A—T 的输出端V1 0UT接到AD C 0 8 0 9 进行模数 转换 ，AC S 7 1 2的 V， ． ， 、 - 5 V，根据 图 3 ( a ) ， AC S 7 1 2 的电压输出V 和被检测的电流 I P间的关系为：VO U T - ( 2 ／ 3 0 ) I + 2 ． 5 由图3 ( a )知 ：V 的输出范围为0 ． 5 V～4 ． 5 V， 量程为4 V， 若 采用8 位的 A DC 时 ，量化单位 A=4 ／ 2 5 6 V=1 5 ． 6 mv小于 AC S 7 1 2 的输出灵敏度，即用8 位的ADC 在 转换精度 上可以满 足需 要 ．设计 中 A DC 0 8 0 9 的VC C m5 V， VR E ¨ ¨ 4 ． 5 V， VR E F ，、 = 0． 5 V，根据 A D C 0 8 0 9的特性 ， ADC 0 8 0 9 输入的模拟量 VI N和输出的数 字量 D之间的关系为： D ( VI N —V J ) ) × 2 8 ／( V R E F ( ~ )V R E F ( )) = 6 4 VI N 3 2 。

另外 V -V 所以 ADC0 8 0 9 输 出的数字量D和被检测电流I P间有如下的 关系：D=( 1 2 8×I p ) ／ 3 0 +1 2 8 即被检 测电流与 A／ D转 换后的数字 量 间建立 了一一对应的关系，当被检测 的电流为 一3 0 A时，D=0；当被检测的 电流为0 A时，D-1 2 8 ；当被检测的电流 为 3 0 A时 ，D=2 5 6，被检测 电流的大 小 通过 AC S 7 1 2和ADC 0 8 0 9转化为数字量 下转 第9 6页 》 一 中国科技信息201 0年第5期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar：20 0 物联 网是什么?我们经常会说R F I D， 这只是感知，其实感知的技术已经有，虽 然未 必成熟 ，但是开发起来并不难但是 物联网的价值在什么地方?在于网， 而不 在于物 传感是容易的， 但是感知的信息， 如果没有一个庞大的网络体系，小能进行 管理和整合，那这个网络就没有意义因 此 ，建立一 个全国性的 ，庞大的 ，综合的 业务管理平台，把各种传感信息进行收 集，进行分门别类的管理，进行有指向性 的 传输 ，这就是一个大问题。

一个小企业 甚至都可以开发出传感技术， 开发出传感 应用 但是一个小企业没有办法建立起一 个全国性高效率的网络没有这个平台， 各 自为政的结果一定是效率低，成本高 ， 很难发展起来 ，也 很难起到 作用 这个平台，电信运营商最有力量与可 能来建设，也可能这个过稃中，会有新的 管理下台建设与提供苦出现我也相信， 这个平台的建设者会 未来的物联网发展 中，取得较好的市场地位，甚至是最大的 受益者 ( 7 )丰要国家之间的合作和协调 关于核心技术、标准的制定、物联 网 系统框架等问题，不是哪一个国家或哪家 公司能单独 的很好地完成的 所以，我们 不仅要在囤际上与其他困家合作，也要和 国内的相关组织机构合作 这样才可能使 我国在国际上处于领先地位 ；也使我国物 联 网的应 用缩小一大步 物联 网 实际应 用 } = 的开展需要各行 各 的参与和协调 ， 并 且需要囤家政府的丰导以及相关法规政 策上 的扶 助 ，物联 网的 7 r 展具有规模性 、 广泛参与性、管理性、技术性、物的属性 等等特征，其中，技术上的问题是物联网 最为关键的问题，亿博物流咨询介绍，物 联网技术是一项综合性 的技 术，是一项系 统，目前国内还没有哪家公司可以全面负 责物联网的整个系统规 划平 u 建设，理论上 的研究 已经在 各行各业展丌 ，而实际应用 还仪局限于行业内部。

父于物联网的规划 和设计以及研发关键在于RF I D、传感器、 嵌入式软件以及传输数据计算等领域的研 究 ( 8)安全体系的建立与形成 物 联 网 目 前 的 传 感 技 术 丰 要 是 RF I D，植 入这 个芯片的产品 ，是有可 能 被 任何人 进行 感知 的 ，它对 于产 品的主 人而言，。