Kontaktittoman virta-anturin mittauselektroniikan suunnittelu

Abstract

Kohonneiden lataustehojen vuoksi latausjärjestelmiltä vaaditaan entistä suurempien virtojen mittaamista. Aiempien mittaustapojen komponenttien koko tai johtamishäviöt nousevat liian suuriksi. Kontaktittomilla magneettikenttään perustuvilla antureilla näistä haittapuolista voidaan välttyä.

Työn teoriaosuudessa käsitellään kahta magneettikentän mittaukseen perustuvaa anturia, sekä Hall- ja tunnelimagnetoresistanssi-ilmiöitä, joihin anturit perustuvat. Teoriaosuudessa käsitellään myös vahvistinkytkentöjä sekä suodatuspiirejä, sillä kytkennältä vaaditaan hyvää häiriönsietokykyä. Virran mittausta varten suunnitellaan myös piirilevyveto mitattavaa virtaa varten käyttämällä apuna magneettikentän voimakuuden simulointia. Työn tarkoituksena on selvittää, voidaanko antureilla ja niille suunnitellulla mittauselektroniikalla mitata virtaa riittävän tarkasti. Työn käytännön osuudessa on tarkoituksena suorittaa antureille ja vahvistinkytkennälle dynaamisia ja staattisia ominaisuuksia testaavia mittauksia.

Työn tuloksena syntyi molemmille antureille suunniteltu mittauselektroniikka, mutta aikatauluongelmien vuoksi vain toinen anturi ja vahvistinkytkentä saatiin testattua. Sekä anturit että mittauselektroniikka vaativat vielä lisää mittauksia osan vaatimuksien läpäisemisen selvittämiseksi. Saatujen tulosten perusteella anturit ja kytkentä vaativat lisää tutkimusta, jotta ne voidaan ottaa käyttöön oikeissa olosuhteissa.

Charging systems need to be capable of measuring higher currents because of the increase in charging power. Older methods for measuring current face difficulties in increasing size of the element or too high conduction losses. Using contactless sensors that measure the magnetic field, these difficulties can be avoided.

The goal of this thesis is to design measurement electronics for the sensors and test if the sensors and circuits are capable of measuring current accurately enough. In the literature review part of this thesis contactless Hall and tunnel magnetoresistance phenomena, that the current sensors use, are studied. In this part also amplifiers and filtering circuits are researched for designing an amplifier circuit that has good tolerance for interference. A copper trace for printed circuit board is also designed for testing current measurement with two sensors and simulation of magnetic field is used to help with the design process. In the practical part of this thesis the sensors and circuits are tested, and dynamic and static attributes are measured.

This thesis produced a measurement circuit for both sensors, but due to time constraints only the other sensor was tested with the measurement electronics. Both sensors and the measurement electronics still need to be tested for an all requirements that were given for the circuit. Based on the result that were able to be get the sensors and designed circuit need to be studied more to be used in real circumstances.