Allegro MicroSystems tiene una amplia gama de sensores para este tipo de aplicaciones.
La serie ACS758 lleva un sensor montado sobre un conductor de muy baja resistencia, que permite conectarlo en serie con el circuito a medir, y obtener lecturas aisladas de buena precisión en un ancho de banda de hasta aprox. 100KHz.
Para aplicaciones menos precisas, se puede evitar abrir el circuito midiendo en algún elemento magnético.
Por ejemplo, en convertidores CC/CA sinusoidales, en fuentes conmutadas, en cargadores que usan fuentes conmutadas, etc. casi siempre hay un inductor con núcleo de ferrite, y con un entrehierro en el núcleo.
Un sensor como el UGN3503 o su reemplazo actual A1301, se pueden insertar directamente en el espacio del entrehierro.
Los sensores se alimentan con 5Vcc y en ausencia de flujo magnético la rensión de salida es de ~2,5Vcc, según la dirección del flujo, la tensión aumenta o disminuye respecto de este valor.
Los oscilogramas siguientes se obtuvieron con un UGN3503 en el inductor de la foto, ¿porque con un sensor ya considerado obsoleto?, bueno, porque es lo que tenía disponible en el cajón de los sensores Hall, las mediciones con un A1301 serán similares.
El trazo 1 es la corriente en el inductor, el trazo 2 es la tensión de salida del sensor, se observa que en este caso se satura antes que el inductor, por lo cual si hubiera una condición de sobrecorriente en el circuito que superara ~80A, un circuito de protección que tomara la tensión del sensor no "vería" la anormalidad.
La solución es simplemente montar el sensor algo mas afuera en el núcleo para reducir el flujo que lo atraviesa
Con este montaje las ondas son:
En este caso hay lectura lineal del sensor incluso durante una condición severa de saturación del núcleo.
De paso puede observarse que como la teoría lo indica, la inductancia permanece constante mientras el flujo magnético sube linealmente (la pendiente en la curva de corriente es di/dt=V/L, si la pendiente es lineal, siendo la tensión aplicada al circuito una constante, significa que L es también constante).
Cuando el núcleo comienza a saturarse, y por lo tanto el flujo ya no aumenta linealmente, la pendiente de corriente aumenta, indicando una reducción de la inductancia. Un inductor debe utilizarse solamente en la zona lineal (porque en la zona de saturación prácticamente ya no es un inductor), en este caso hasta una corriente de ~100A.
En caso de un circuito sin un inductor, se puede montar el sensor en un anillo:
En el sitio de Allegro se pueden ver notas de aplicación para mas detalle.
En resumen, se puede leer corriente con aislación, en un ancho de banda razonable, y sin abrir el circuito.
Las aplicaciones en circuitos industriales son muchas, claramente el ancho de banda de los sensores no permiten utilizarlos por ejemplo en fuentes conmutadas de alta frecuencia, pero todos los circuitos con IGBT rara vez superan por el momento los 10 ó 20KHz.
La introducción de semiconductores de alta tensión GaN (Nitruro de Galio) y SiC (Carburo de Silicio), va a permitir aumentar la frecuencia de operación en circuitos de alta tensión y alta potencia.
Finalmente un cálculo, con las lecturas del primer oscilograma, y con el dato de que la tensión aplicada al inductor es de 15Vcc, calcular la inductancia.
