Stromsensorik
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Stromsensorik
Stromsensoren messen das vom elektrischen Stromfluss erzeugte Magnetfeld. Zum Einsatz kommen hierbei Hall-Elemente, die auf einem Standard-CMOS-Prozess realisiert werden können.
Die hohe Empfindlichkeit der Sensoren und ihre Eigenschaft, Offsets und Temperaturabhängigkeit durch eine integrierte Elektronik zu kompensieren, machen es möglich, auf magnetfeldkonzentrierende Bauelemente wie Ferritkerne zu verzichten. Neben der Vermeidung von Hysterese- und Sättigungseffekten ergeben sich daraus ein einfacher Aufbau sowie eine hohe Integrationsfähigkeit.
Um Strom zu messen, sind zwei Magnetfeldsensoren notwendig, da nur so externe Magnetfelder, wie zum Beispiel das Erdfeld, kompensiert werden können. Die verwendeten Hall-Elemente messen nur die Z-Komponente des Magnetfelds, die senkrecht zur Chip-Oberfläche gerichtet ist. Während bei externen Störfeldern die Z-Komponenten in beiden Sensoren den gleichen Betrag und das gleiche Vorzeichen besitzen, haben sie, beim vom Stromfluss erzeugten Feld, entgegengesetzte Vorzeichen. So kann der im Leiter fließende Strom störungsfrei bestimmt werden. Die Integration beider Sensoren auf einem Chip ermöglicht einen kompakten Aufbau und eine exakte Reproduzierbarkeit ihrer Geometrie. Eine einmalige Kalibriermessung kann Positionierungsfehler des nicht auf einen Chip integrierten Stromleiters kompensieren.
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