Warum gibt es keine Hall-Effekt-Stromsensoren für niedrige Ströme?

Es scheinen keine Hall-Effekt-Stromsensoren für kleine Ströme verfügbar zu sein, etwa in der Größenordnung von 500 mA. Ich vermute, dass dies auf technische oder physikalische Einschränkungen zurückzuführen ist. Was ist es?

Hall-Effekt-Stromsensoren messen den Magnetfluss, der um einen stromführenden Leiter erzeugt wird. Als solches wird die Empfindlichkeit durch das Grundrauschen aufgrund von magnetischem Fremdrauschen in der Nähe des Leiters begrenzt.

Dies kann in unterschiedlichem Maße überwunden werden, indem der Magnetfluss aufgrund des stromführenden Leiters auf relativ einfache Weise konzentriert wird: Leiten Sie den zu messenden Strom durch eine Spule, die den Hall-Effekt-Sensor umgibt.

Zum Beispiel zeigt Abschnitt 12.1 des Datenblatts des linearen Hall-Effekt-Stromsensors MLX91206 von Melexis die Verwendung einer Spule zur Messung kleiner Ströme:

Niedrige Ströme können mit dem MLX91206 gemessen werden, indem das Magnetfeld über eine Spule um den Sensor erhöht wird. Die Empfindlichkeit (Ausgangsspannung gegen Strom in der Spule) der Messung hängt von der Größe der Spule und der Anzahl der Windungen ab. Zusätzliche Empfindlichkeit und erhöhte Immunität gegenüber externen Feldern können durch Hinzufügen einer Abschirmung um die Spule erreicht werden. Die Spule bietet eine sehr hohe dielektrische Isolation, was sie zu einer geeigneten Lösung für Hochspannungsnetzteile mit relativ geringen Strömen macht. Der Ausgang sollte skaliert werden, um die maximale Spannung für den höchsten zu messenden Strom zu erhalten, um die beste Genauigkeit und Auflösung zu erzielen.

In der Praxis funktioniert der MLX91206, solange das Design eine Induktivität im Strompfad tolerieren kann, gut genug bis zu 100 mA Strom für eine vollständige Ausgabe. Bei der Messung des Versorgungsschienenstroms kann dies tatsächlich zu einem zusätzlichen Vorteil genutzt werden, indem die Induktivität zur Welligkeitsunterdrückung "kostenlos" verwendet wird.

Vermutung: Es könnte sich lohnen zu untersuchen, ob eine nicht rechteckige (torusförmige) Spule eine bessere Abschwächung des magnetischen Fremdrauschens bietet als die rechteckige Form - möglicherweise können dann sogar niedrigere Ströme gemessen werden.

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Es gibt zwei Dinge, mit denen wir uns an dieser Stelle herumschlagen können, um eine Spannung über dem Grundrauschen zu erhalten. Wir können den Versorgungsstrom erhöhen oder die Dicke der Sensorplatte verringern. Offensichtlich gibt es praktische Grenzen für die Erhöhung des Stroms und eine harte Begrenzung für die Verringerung der Plattendicke. Die beiden Optionen stehen sich auch gegenüber. Durch Verringern der Dicke wird der Widerstand erhöht, wodurch mehr Wärme für höhere Ströme erzeugt wird.

Dann scheint es wahrscheinlich, dass das Messen sehr kleiner Ströme mit sehr teuren Geräten einfach wäre. Ich scheine mich zu erinnern, dass Teilchenbeschleuniger dies mit gekühlten Supraleitern nahe Null tun, aber ich kann derzeit keine Beweise dafür finden.