Optimierung galvanisch getrennter DC-Stromsensoren ohne Flusskonzentrator im Hinblick auf Platzbedarf und Bandbreite
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Beschreibung
Der voranschreitende Umstieg auf Elektromobilität sowie die zunehmende Verwendung der Halbleiter Siliziumcarbid und Galliumnitrid führen zu steigenden Anforderungen an die DC-Stromsensorik hinsichtlich Platzbedarf und Grenzfrequenz. Um diesen zu begegnen, wurde im Rahmen dieser Arbeit jeweils eine Möglichkeit entwickelt, um den Platzbedarf von Stromsensoren zu reduzieren und deren Grenzfrequenz zu erhöhen: der Einsatz elliptischer Stromsensoren sowie die Verwendung eines hybriden Sensorsystems aus einem DC- und einem AC-Stromsensor.
Elliptische Stromsensoren ermöglichen bei Stromschienen mit rechteckigem Querschnitt eine signifikante Reduktion des Platzbedarfs im Vergleich zu bisher verwendeten kreisförmigen Stromsensoren. Bei diesen neu entwickelten elliptischen Arrays aus Magnetfeldsensoren wurden die Messabweichungen untersucht, die durch die Änderung der Leiterbreite und durch Ströme in externen Leitern entstehen.
Mit einem hybriden Sensorsystem, das einen DC-Stromsensor und einen AC-Stromsensor kombiniert, kann die Grenzfrequenz von DC-Stromsensoren für die Messung bei den gestiegenen Schaltfrequenzen erweitert werden. Für dessen Umsetzung wurde ein neues Filtersystem konzipiert und mit einem neuen differenziellen Rogowskispulendesign sowie einem Array aus Hall-Sensoren in einem Prototyp realisiert.
Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden somit eine Grundlage für die Entwicklung von Stromsensoren, die den gestiegenen Anforderungen an die Messtechnik gerecht werden.
Autor*in
Florian Zapf
Themen in »Optimierung galvanisch getrennter DC-Stromsensoren ohne Flusskonzentrator im Hinblick auf Platzbedarf und Bandbreite«
Stromsensor Sensor-Array Magnetfeld Analogschaltung Simulation Messung Rogowskispule Signalfusion Hall-Effekt Gleichstrom