Eine Verschmelzung von Halbleitertechnologie und Shunt-basierter Messwerterfassung – diese Kombination steckt in dem neuen Stromsensor ILF der Isabellenhütte. Er wird direkt auf der Leiterplatte montiert und gibt für den zu messenden Strom einen äquivalenten Spannungswert am analogen Ausgang aus. Mit einem Strommessbereich bis 100 Ampere eignet sich der niederohmige Stromsensor unter anderem für Frequenzumrichter in industriellen Anwendungen oder in Solarinvertern.

In modernen Antriebsregelungen sind Frequenzumrichter mit einer genauen Strommessung gefordert. Ungenaue Messdaten und Messfehler verringern den Wirkungsgrad der Antriebe, beeinträchtigen deren Lebensdauer und setzen sich durch den kompletten Regelalgorithmus fort. Die Genauigkeit der Strommessung bestimmt folglich die Performance des kompletten elektrischen Antriebes. Speziell in der Antriebstechnik gibt es viele Anbieter, die bei ihren Komponenten auf analoge Ausgangssignale setzen und gleichzeitig eine kompakte und präzise Strommessung fordern. Für diese Anwendungen hat die Isabellenhütte einen neuen Stromsensor entwickelt, der einen Strommessbereich bis 100 Ampere abdeckt und den fließenden Strom durch einen entsprechenden Spannungswert am analogen Ausgang anzeigt. Der neue integrierte Stomsensor ILF zeichnet sich zudem dadurch aus, dass er sich mit seinem kompakten IC-Gehäuse für die SMD-Montage eignet. Eingesetzt wird der ILF vor allem in Umrichtern für elektrische Antriebe in der Industrie, unter anderem auch in Solarumrichtern, sowie Applikationen im Non-Automotive-Bereich.

„Die Nachfrage nach dem ILF von Seiten der Kunden war deutlich. Gewünscht sind oftmals analoge Ausgänge mit einem Strommessbereich unter 100 Ampere und mit der Möglichkeit der SMD-Montage“, beschreibt Jens Hartmann, Sales Director ISAscale® bei der Isabellenhütte, die Marktlage. Der ILF verfügt über diese Eigenschaften und unterscheidet sich damit von den bisherigen Messtechniklösungen der Isabellenhütte. Ziel des Spezialisten für Präzisionsmesstechnik aus Dillenburg ist es, mit dem neuen Sensor sich noch stärker an die Erfordernisse des Marktes für Stromsensoren im niedrigen Ampere-Bereich anzupassen.

Hohe Genauigkeit auf den Messwert bezogen
Das Messprinzip der gängigen Stromsensoren anderer Hersteller in diesem Segment basiert weitgehend auf magnetischer Technologie, bei der das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters detektiert wird. Im ILF der Isabellenhütte ist dagegen eine shunt-basierte Strommessung eingesetzt, mit der höhere Genauigkeiten im Vergleich zum magnetischen Messprinzip erreicht werden. „Wir liegen preislich im ähnlichen Bereich wie die magnetischen Sensoren, doch mit der Shunt-Technologie messen wir nach dem ohmschen Gesetz den Strom und sind nicht abhängig von einem magnetischen Feld. Aus diesem Grund sind die Isabellenhütte-Sensoren viel präziser“, so Jens Hartmann. Ein Magnetfeld kann durch Störeinflüsse von außen, wie in der Nähe liegende Leiterbahnen, negativ beeinflusst werden. Diese die Messgenauigkeit beeinflussenden Faktoren spielen bei der Shunt-basierten Strommessung keine Rolle. Die Messgenauigkeit des ILF liegt über den kompletten Strommessbereich bei kleiner 1 Prozent Abweichung vom Messwert. „Auch hier unterscheiden wir uns von anderen Anbietern, die von einer Genauigkeit von 1 Prozent des Messbereichs sprechen und nicht wie wir, von einer Genauigkeit bezogen auf den Messwert“, ergänzt Jens Hartmann.

Passend für Versorgungsspannungen von 3,3, und 5 Volt
Der ILF-Stromsensor vereint einen Messwiderstand (Shunt) mit einem Präzisionsverstärker und stellt somit eine vollständige kompakte Shunt-basierte Stromsensorik zur Messung von Strömen auf Leiterkarten dar. Die Strommessung erfolgt bidirektional, die Stromaufnahme liegt bei 1 Milliampere. Der digitale Abgleich ermöglicht eine exakte Anpassung an den integrierten Shunt  und damit eine hohe Genauigkeit. Der ILF ist kompatibel mit einer Versorgungsspannung von 3,3, oder 5 Volt. Der Versorgungsspannungsbereich und der ratiometrische analoge Spannungsausgang ermöglichen den Betrieb mit jedem gängigen Mikrocontroller unter Ausnutzung der vollen Dynamik eines abtastenden A/D-Wandlers bei gleicher Referenzspannung. Diese beläuft sich auf einen Wert zwischen 1,8 und 2,5 Volt. Durch den festen, nicht isolierten Potentialbezug des Präzisionsverstärkers auf den Shunt wird ein Betrieb der Messstelle und der Auswerteelektronik auf gleichem Spannungspotential vorausgesetzt.

Der ILF ist für drei verschiedene Strommessbereiche ± 100 Ampere, ± 60 Ampere und ± 30 Ampere ausgelegt. Zusätzlich bietet der Sensor einen sehr effektiven schnellen Überstrom-Schutz, dessen Stromwert einstellbar ist. Für den ILF100 liegt der Messbereich für den Überstromschutz bei ± 150 Ampere, für den ILF60 bei ± 90 Ampere und für den ILF30 bei ± 45 Ampere. Die Verlustleistung liegt für die komplette ILF-Reihe bei unter 3 Watt. Hinsichtlich der Angaben für die Einsatzbedingungen steht für den ILF ein Betriebstemperaturbereich zwischen -40 bis +125 °Celsius fest, der Lagertemperaturbereich liegt zwischen -50 bis +140 °Celsius.

Die Anschlüsse des ILF-Stromsensors bestehen aus zwei Laststromkontakten sowie vier Signal- und Versorgungskommunikationskontakten. „Der ILF ist eine Fertiglösung aus Shunt und Halbleiter. Kunden, die bisher einen Shunt eingesetzt haben, mit diesem einen Spannungsabfall messen und ihn mit einem Halbleiter kombinieren, erhalten jetzt eine Verschmelzung zwischen einem Bauelement und der Halbleitertechnologie in einem OneChip-Gehäuse“, so Jens Hartmann. Erhältlich ist der ILF in einem kompakten IC-Gehäuse mit Abmessungen eines Standard SOP20. Die Leiterplattenbestückung kann automatisiert erfolgen.

Hohe Langzeitstabilität und Temperaturbeständigkeit
Der ILF verfügt so über eine hohe Genauigkeit über den ganzen Arbeitstemperaturbereich und gewährleistet aufgrund der integrierten Shunt-basierten Technologie eine hohe Dauerleistung, eine sehr gute Langzeitstabilität sowie hohe Werte für die Dauer- und Pulsbelastbarkeit. Der grundsätzlich für Non-Automotive-Anwendungen entwickelte ILF kann aus diesem Grund bei Bedarf auch nach der Norm AECQ-100 qualifiziert werden. Auf IC-Ebene sind ESD-Festigkeiten für den Menschen (HBM) mit ± 2.500 Volt und für das Gerät (CDM) ± 1.000 Volt gewährleistet.

Der ILF ist als Plug-and-play-Lösung deklariert, die einfach auf einer Leiterplatte direkt verlötet werden kann – also eine SMD-Lösung, die ein Spannungssignal ausgibt und sowohl einen Shunt als auch einen Halbleiter beinhaltet. Die SMD-Montierbarkeit in Kombination mit dem analogen Ausgangssignal und der hohen Präzision sind die wesentlichen Merkmale des neuen ILF der Isabellenhütte.