Czujnik prądu ACS712-Wykrywanie obciążenia może być skomplikowanym procesem bez odpowiedniego sprzętu. Właśnie tutaj z pomocą przychodzi moduł czujnika prądu ACS712. W naszym przewodniku poznamy wszystkie krytyczne, ostatnie spostrzeżenia dotyczące czujników tego modułu.
Czym jest czujnik prądu ACS712?
Rysunek 1: Technik sprawdzający usterki w urządzeniach elektrycznych
ACS712 firmy Allegro MicroSystems to scalony czujnik prądu z izolacją galwaniczną do 2,1 kVRMS i liniowym wyjściem analogowym. Działa na zasadzie efektu Halla: mierzony prąd przepływa przez wewnętrzną ścieżkę przewodzącą o bardzo małej rezystancji, wytwarzając pole magnetyczne, które układ Halla zamienia na proporcjonalne napięcie wyjściowe.
Dzięki izolacji między torem mocy a stroną sygnałową ACS712 bezpiecznie oddziela mierzony obwód od mikrokontrolera. To czyni go wygodnym narzędziem do pomiaru natężenia prądu w zasilaczach, sterownikach silników i systemach monitorowania energii — zarówno dla prądu stałego, jak i przemiennego.
Konfiguracja pinów czujnika prądu ACS712
Układ ACS712 w obudowie SOIC-8 ma dwie wyraźnie oddzielone strony. Strona mocy to dwa piny IP+ i dwa piny IP− (połączone wewnętrznie w przewód pomiarowy o rezystancji ok. 1,2 mΩ), przez które prowadzi się mierzony prąd. Strona sygnałowa obejmuje: VCC (zasilanie 5 V), GND (masa), VIOUT (analogowe napięcie wyjściowe proporcjonalne do prądu) oraz FILTER (pin do podłączenia kondensatora ustalającego pasmo przenoszenia i poziom szumów). W stanie spoczynku (brak prądu) napięcie na VIOUT wynosi połowę napięcia zasilania, czyli ok. 2,5 V, a zmienia się symetrycznie w górę i w dół wraz z kierunkiem prądu.
Rysunek 2: Elektryczna tablica rozdzielcza
Właściwości czujnika prądu ACS712
Rysunek 3: Czujnik może mierzyć moc prądu stałego
- Szerokość pasma do 80 kHz
- Pomiar zarówno prądu przemiennego (AC), jak i stałego (DC)
- Dostępny w wariantach na ±5 A, ±20 A i ±30 A
- Czułość wyjściowa od 66 do 185 mV/A (zależnie od wariantu prądowego)
- Analogowa ścieżka sygnałowa o niskim poziomie szumów (low-noise)
- Pasmo przenoszenia ustawiane kondensatorem na pinie FILTER
- Wewnętrzna rezystancja toru pomiarowego ok. 1,2 mΩ (niskie straty mocy)
- Stabilne napięcie offsetu wyjścia
- Analogowe wyjście napięciowe — bezpośrednio zgodne z wejściami ADC mikrokontrolera
- Izolacja galwaniczna od mierzonego obciążenia
- Niemal zerowa histereza magnetyczna
- Całkowity błąd wyjściowy ok. 1,5% przy temperaturze otoczenia 25°C
Jak działa czujnik prądu ACS712?
Rysunek 4: Ilustracja pola magnetycznego
Zasadniczo, czujniki prądu działają poprzez dwa tryby, a mianowicie:
W naszym przypadku, czujnik prądu ACS712 będzie działał poprzez tryb pośredni. Z drugiej strony, czujniki prądu wykorzystują alternatywną technikę bezpośredniego wykrywania. W związku z tym, można zmierzyć ostatni spadek stosując prawo Ohma z takimi rodzajami.
Oto krótkie wyjaśnienie, jak działają czujniki ACS712-30A.
Po pierwsze, prąd elektryczny będzie płynął w czujniku prądu Hall-Effect poprzez jego IC.
Następnie liniowy czujnik prądu oparty na efekcie Halla wykryje prąd elektryczny poprzez pole magnetyczne.
Z kolei czujnik wytworzy napięcie. Napięcie to jest proporcjonalne do pola magnetycznego, które wykrywa prąd.
Alternatywne rozwiązania czujnika prądu ACS712
Rysunek 5: Technik naprawiający płytkę drukowaną.
Grove - 10A czujnik prądu stałego (ACS725)
ACS725 to nowszy układ, który w wielu zastosowaniach przewyższa ACS712 lepszą liniowością i wyższą czułością. Do jego kluczowych zalet należą wyższa dokładność przy małych prądach, niższy szum oraz prostsza kalibracja, co czyni go dobrym wyborem w precyzyjnych systemach monitorowania prądu DC.
Grove - ±5A DC/AC Current Sensor (ACS70331)
Układ ACS70331 jest podobny do ACS712 w tym, że mierzy zarówno prąd przemienny, jak i stały. Wyróżnia go jednak znacznie wyższa czułość i bardzo mała rezystancja toru pomiarowego, dzięki czemu lepiej nadaje się do pomiaru małych prądów (rzędu pojedynczych amperów) z wysoką rozdzielczością i niewielkimi stratami mocy.
Typowe aplikacje ACS712
Dzięki izolacji galwanicznej i analogowemu wyjściu ACS712 znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba bezpiecznie zmierzyć natężenie prądu:
- Pomiar i ograniczanie prądu w zasilaczach impulsowych i ładowarkach
- Sterowniki silników DC i BLDC — wykrywanie przeciążenia i sprzężenie prądowe
- Monitorowanie zużycia energii w systemach domowych i przemysłowych
- Zabezpieczenia nadprądowe i wykrywanie zwarć
- Systemy zarządzania akumulatorami (BMS) i instalacje fotowoltaiczne
- Robotyka i automatyka — pomiar obciążenia napędów
Wskazówki projektowe i montażowe
Aby uzyskać dokładny pomiar, ścieżki toru mocy (IP+/IP−) muszą być odpowiednio szerokie i krótkie, ponieważ przewodzą pełny mierzony prąd. Warto zachować bezpieczny odstęp izolacyjny między stroną mocy a stroną sygnałową, aby wykorzystać izolację układu. Kondensator na pinie FILTER ogranicza szum, a uśrednianie wielu próbek ADC dodatkowo stabilizuje odczyt. Po zweryfikowaniu układu na prototypie warto sprawdzić nasze możliwości produkcyjne pod kątem prowadzenia ścieżek wysokoprądowych.
Wnioski
ACS712 to prosty w użyciu, izolowany czujnik prądu z liniowym wyjściem analogowym, który sprawdza się w zasilaczach, sterownikach silników i systemach monitorowania energii. Dla wymagających aplikacji warto rozważyć nowsze układy z rodziny ACS725 lub ACS70331 o lepszej czułości. Projektujesz urządzenie z pomiarem prądu? Zleć montaż PCB w OurPCB — wycena w 12 godzin roboczych.