Strommesstechnik Präzision ist gefragt

Sowohl die Automobil- als auch die Elektronikindustrie verlangen für ihre Produkte nach immer kleineren Bauteilen und Komponenten. Auf diesen Trend reagierte Isabellenhütte Heusler mit neuen Systemen seiner ISAscale Präzisionsmesstechnik. Das Unternehmen entwickelte zwei kompakte, shuntbasierte ICD-Systeme zur Strommessung, die sich besonders für Anwendungen eignen, in denen wenig Montageplatz zur Verfügung steht.

Da die Sensoren von Haus aus digital ausgelegt sind, bieten sie einen Vorteil gegenüber alternativen Hall-Sensoren. Diese benötigen fast immer eine zusätzliche Signalverarbeitung zur Digitalisierung, was Zeit und Geld kostet und zu Lasten der Kompaktheit geht. Ein weiterer Vorteil sind die Abmessungen: Während Hall-Sensoren mit steigender Leistung immer größer gebaut werden müssen, bleibt die Abmessung von Shunt und Gehäuse der ICD-Systeme gleich. Auch sind die digitalen Sensoren kleiner als vergleichbare Messtechnikmodelle und überzeugen mit genauen Messergebnissen und hoher Stabilität.

Neben der Strommessung ermitteln die ICD-Module den Eigenstromverbrauch, überprüfen die Spannungsversorgung und verfügen über eine energiesparende Sleep-Mode-Funktion.
Außerdem sind sie temperaturkalibriert, weshalb sie über den gesamten Temperaturbereich von -40 bis 105 °C mit einer sehr hohen Präzision arbeiten.

In der Industrie kommt das Modul ICD-C beispielsweise in stationären Energiespeichern und in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV, engl. UPS, Uninterruptible Power Supply) zum Einsatz. Für den Automotive-Bereich ist das Modul ICD-A gedacht, das insbesondere für die Elektromobilität ausgelegt und mit einem abgedichteten sechspoligen MCON-Stecker ausgerüstet ist. Er schützt die Signal- beziehungsweise Stromübertragung gegen externe Einflüsse (Schutzart IP 64).

Beide Module haben einen geringen Eigenverbrauch. Ein Vorteil, der vor allem in der E-Mobilität von Bedeutung ist. Sie liefern mit Übertragungsraten von bis zu 1 Mbit/s digitalisierte Daten im Can-Bus-2.0-Format aus und ermöglichen präzise Messungen. Die für die Digitalisierung verwendeten Mi­krocontroller übernehmen unter anderem die A/D-Wandlung, messen Temperaturen und regeln Spannungen.

Kompakte Sensoren in drei Ausführungen

Beide ICD-Systeme gibt es in drei Ausführungen: zum Messen von Stromstärken bis 100, 300 und 500 A. Das ICD-C ohne Shunt ist etwa 26 mm breit, 33 mm tief und 8 mm hoch. Mit 41 mm x 47 mm x 21 mm fällt das ICD-A inklusive des MCON-Stecker etwas größer aus. Der eigentliche Sensor ist knapp unter 10 mm hoch. Mit diesen Maßen sind die Systeme kleiner als vergleichbare Lösungen. Um die ICD-Serie so schlank und kompakt umzusetzen, hat Isabellenhütte bewusst auf eine galvanische Trennung verzichtet. In der Regel haben Anwender diese bereits in ihre Produkte integriert.

Zusätzlich dazu beinhalten die Module Features, um den Stromverbrauch zu reduzieren und Verbrauchsdaten zu ermitteln. Sie können sich außerdem selbst in einen Schlafmodus (Sleep Mode) versetzen. In diesem fahren sie ihre Funktionen auf ein Minimum herunter. Sie messen zwar noch Daten, aber übermitteln diese nicht. Bei Bedarf können die Daten später abgerufen werden. Die Kriterien für das Aufwachen werden vom Anwender individuell festgelegt. Der Wechsel vom Schlaf- in den Wachmodus dauert etwa 100 ms. Der Stromverbrauch der Module liegt im Sleep Mode bei maximal 200 µA gegenüber 30 mA im Wachzustand. Die Schlafmodus-Funktion trägt dazu bei, den Stromverbrauch möglichst gering zu halten.

Bei der Funktion der Eigenstromverbrauchsmessung si­gnalisiert der Sensor, wie viel Energie er verbraucht hat – diese Funktion dient also der Beurteilung des Stromverbrauchs durch die ICD-Systeme selbst. Ein integrierter Ampere-Stunden-Zähler misst den Verbrauch der Batterie mit. Dieses Feature kann dem Anwender zur Plausibilisierung beziehungsweise Absicherung von anderen Messinstrumenten dienen. Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, die Spannungsversorgung zu überprüfen. Die Systeme ermitteln sozusagen die eigene „Supply Voltage“. Aus den Ergebnissen ist erkennbar, ob die Spannungsversorgung stabil ist oder ob es Schwankungen gibt.

Temperaturstabil und sehr präzise

Wie alle ISAscale Präzisionsmesssysteme sind auch die Module ICD-C und ICD-A temperaturkalibriert über Lebenszeit. Isabellenhütte immunisiert die Sensoren in eigens entwickelten Kalibrieranlagen gegen Temperaturschwankungen. Dadurch sind sie über den gesamten Temperaturbereich hinweg – mit Abweichungen von 0,2 Prozent – sehr stabil und präzise. Vergleichbare Hall-Sensoren reagieren hingegen auf Änderungen der Umgebungstemperatur sehr sensibel und driften in ihrer Genauigkeit ab. Durch dieses Merkmal sind die SAscale Messsysteme von Isabellenhütte sehr präzise und stabil.