TEKNİK YAZI

ACS712 Allegro Akım Sensörü İncelemesi

ACS712-Product-Image

Piyasada çeşitli akım ölçme çözümleri bulunmaktadır.  Çalışmalarım boyunca bir çok sensör tipini deneme fırsatım oldu. Diğer sensör tiplerine ayrıntılı girmeden dezavantajlarını özetlemek gerekirse, simetrik beslemeler, büyük akım trafoları, hassas opamp devreleri, sıcaklık ile ölçtüğü değerlerde oynamalar gibi şeklinde birçok madde sıralanabilir.

Tabi bu saydıklarımız= maliyet+cihazın gittikçe büyümesi demek oluyor.

Gelelim bizim burda incelemesini yapacağımız Allegro firmasının üretmiş olduğu ACS serisi sensörlerden olan ACS712 ye. Öncelikle henüz diğer ACS serisi ürünlerini incelemediğimi ve üzerinde çalışıp testler yapmadığımı belirtmek isterim. Serideki diğer ürünler daha üstün özelliklere sahip olabilir.  ACS712-05B ile çalışmamın nedeni ise elimde bu modelden olması. Türkiye de modül olarak fiyatları 20-30 TL arası değişen bu sensörleri ebay den eğer aceleniz yoksa ki 40 günde falan geliyor 2.5$ a alabilirsiniz.

0-50_Static

İnceleyeceğimiz sensörün yukarıda bahsettiğimiz dezavantajlara karşılık avantajlarını sıralayacak olursak;

1- Küçük boyut:

ACS712 nin 30 A lik modeli bile SOIC8 kılıfta bulunabiliyor. Bu da akım ölçümü yapılacak devrede, sistemde çok büyük bir yer avantajı demek. Ayrıca diğer modellerini incelerseniz eğer 200 A akım ölçebilen bir modelinin boyutuna şaşıracağınızı ve o seviyede bir akım ölçümü için başka hiçbirşeye gerek bırakmadığını söyleyebilirim. 200 A lik versiyonun kılıfı aşağıdaki gibidir.

acs756

2- Aşırı kolay kullanım:

Sanırım Allegro firması yıllardır bizim gibi bu akım ölçme işinde çile çekmiş insanları duymuş olacak ki kullanımı son derece kolay bir sensör geliştirmiş. Aşağıdaki temsili şemasından da görülebileceği üzere akımı 1-4 bacaklarından geçirip diğer tarafındaki 5-8 nolu bacaklara 5V-GND ve fitre kapasitörünü ekleyip direk olarak akımla lineer orantılı şekilde Vout pininden gerilimi okuyarak akım değerini elde edebiliyoruz.

 

712sema

3- Çift yönlü akım ölçümü için ekstra bişey gerektirmemesi:

Körün istediği bir göz Allah verdi iki göz. Sensörümüz DC akımda her iki yönde de akım ölçebiliyor. Bu özelliği sayesinde AC akımı da rahatlıkla ölçme özelliğine sahip.

 

Ayrıca veri sayfasında sensörün genel özellikleri aşağıdaki gibi sıralanmıştır:

acsspecs

Dikkat edilmesi gereken noktalar ve ayarlar olmakla birlikte eğer hassas okumaya ihtiyacımız yok ise bize bu kadarı yeterli. Sensörün Vout pinini kullanacağımız mikroişlemcinin ADC modülüne direk olarak girebiliriz.

 

Vout Pininden nasıl bir çıkış alırım?

Sensörün veri sayfasını incelerseniz eğer size kullandığınız sensör modelinin akım başına size sağlayacağı voltaj değerini görebilirsiniz.

acstypes

Tablodan da görülebileceği üzere ACS712-05B sensörü üzerinden geçen 1 Ampere karşılık 185 mV voltaj üretiyor.

Peki sensörü aldım ve 5 v beslemesini verdim sensör çıkışını Vout pinini ölçtüğümde 2.5 volt görüyorum, neden?

Yine tablodan bakarsak sensörümüz +- 5A ölçebiliyor. + ve – akım yönlerinin Vout pininden ölçülebilmesi için 2.5 V offset değeri olarak belirlenmiş. Akım yönü IP+ pinlerinden IP- pinlerine doğru olduğunda 2.5 V un üzerinde, tam tersi olduğunda ise 2.5 v un altında voltaj değişimini rahatlıkla görebilirsiniz.

acszerovolt

Sensörün kullanımında bir kaç püf noktaya değinelim:

Fitre kapasitörü:

Şematikten de görülebileceği üzere sensörümüzün bir bacağına filtre kondansatörümüzü bağlıyoruz. Bu filtre kondansatörü önceki modellerinde yoktu ancak yeni modellerinde bu özelliği dışarıya vermişler. Bu sayede filtre kondansatöründe değişiklik yapıp kullanacağımız yere göre sensörümüzü optimize edebiliriz.

acsfcap

Tablo üzerinden konuşacak olursak, sensörümüzün çıkışında her zaman bir gürültü mevcut olduğu görülebilir. Bu gürültü değerini azaltmak için filtre kapasitörümüzü arttırabiliriz bu sensörümüzün çözünürlük değerini de arttırıyor ancak BW değerimiz ciddi şekilde azalıyor. Cf nin değerini arttırdığımızda sensörün ölçebileceği frekans değerinin doğal olarak düşmesi, bu bir manaya response time ın da düşeceği anlamına geliyor. Allegro veri sayfasında bu durumdan bir grafikle bahsetmiş.

fcapgraf

Peki tabloda belirtilen kapasitör değerlerinden daha yükseklerini takarsak gürültü oranı aynı oranda düşecek midir?

Ben burada Cf değerini 470 nF olarak değiştirerek yaptığım testlerde gürültü oranının ciddi şekilde azaldığını gördüm. Bu şekilde gerçekten iyi bir çözünürlük elde edilebilir ancak üstte soldaki grafikten de görülebileceği üzere sensörün response time süresi ciddi şekilde artmakta. 470 nF değerinde bir kondansatörle 1.120 ms response time değerimiz oluyor. Örneğin 220  V 50 Hz lik alternatif akımla çalışan bir yükü ölçmek istiyor isek bu değer bizim hassaslığımızı ciddi şekilde düşürecektir. Response time bizim için çok problem değil ise DC bir akımın ölçümünü yapacak ise Cf i rahatlıkla arttırabilirsiniz. Hem gürültü oranı düşecek hem de çözünürlüğünüz artacaktır. Yani özetle ölçüm yapacağınız sistemi bütün olarak ele alıp çözünürlük-response time-bant genişliği üçgeninde sensörünüzün kullanım şeklini optimize etmeniz gerekecek. Ayrıca sensör çıkışındaki gürültünün sadece sensöre bağımlı olmadığını ilk başta sensörümüzü beslediğimiz 5 V un ripple değerinin minimumda olması gerektiğini belirtmek isterim. Bu konuya dediğim gibi ayrı bir ADC konusunda değineceğim.

acstemp

Son olarak sıcaklığın sensör üzerindeki etkisine de bakacak olursak veri sayfasında offset gerilimi ve ölçüm sonuçlarına sıcaklık değerinin etkisi de grafiksel olarak verilmiş durumda. Eğer sistemimiz farklı iklim koşullarında çalışacak ise mutlaka bu değerleri göz önüne almamız gerekli.