Elmos ICs für Smart Metering & Strommessung

Elmos bietet für das Applikationsfeld "Smart Metering" einerseits hoch-effiziente Spannungsversorgungsbausteine an und anderseits einen Baustein zur kontaktlosen Strommessung an. Beide Halbleiter setzen auf höchste Effizienz, schnelle Integration ins System und höchste Qualität.

Smart Metering

Smart Metering wird in den kommenden Jahren vermehrt Einzug in die Haushalte halten. Mit Hilfe von intelligenten Zählern, kann zum Beispiel in Haushalten der Strom-, Wasser-, Gas- und Wärmeverbrauch intelligent erfasst, gesteuert und weiterverarbeitet werden. Für den Endverbraucher bedeutet dies: Durch die Erfassung des aktuellen Energieverbrauchs, hat der Verbraucher die Möglichkeit Tageszeitabhängig Energie abzurufen. Er kann somit Energieangebote der Versorger flexibel nutzen und seine Stromkosten senken. Elmos-Halbleiter können hier den Energiebedarf noch effizienter gestalten: Der Eigenenergieverbrauch der intelligenten Zähler wird durch die Elmos PFM-Schaltregler-Familie E522.7x zur Spannungsversorgung reduziert.

Weitere Pluspunkte des Smart Meterings sind, dass fernauslesbare Zähler den Vorteil haben, dass die Zählerstände jederzeit und ohne einen Ablesetermin vor Ort ablesbar sind. Die Zählerstande bzw. Zählerdaten werden elektronisch vom Anbieter ausgelesen und können somit zur optimalen Energiesteuerung verwendet werden. Manche intelligenten Zähler sind nur für die jährliche Abrechnung verwendbar, andere machen den Energieverbrauch sichtbar (per PC oder App) und erlauben es sogar den Energiefluss zu steuern.

Damit sich die Installationskosten und Betriebskosten schnell für den Verbraucher rechnen, sind effiziente Systeme notwendig. Die Elmos-PFM-DC/DC-Wandler sind eine ideale und preiswerte Möglichkeit, die Spannungsversorgung für intelligente Zähler zu realisieren. Die Elmos-E522.7x-Familie bietet über den gesamten Lastbereich eine hohe Effizienz. Dies wird durch das PFM-Verfahren (Puls-Frequenz-Modulation) der DC/DC-Wandler gewährleistet. Somit können die Elmos-Bausteine über einen großen Lastbereich einen Wirkungsgrad über 90 % erreichen und dies auch bei Ruheströmen von 8µA (typ). Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Standard-PWM-Reglern ist dies ein erheblicher Effektivitätsgewinn. Der Eingangsspannungsbereich kann bei 3,8V bis 40V liegen. Bei den Ausgangsspannungen sind zwei Festspannungsregler 3,3V, 5V, sowie eine Variante mit einstellbarer Ausgangsspannung verfügbar. Eine Einschaltdauer von 100% ermöglicht es im Unterspannungsbereich einen minimalen Spannungsunterschied zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung erreichen.

Mit den Elmos-Halbleitern ist es – ohne viel Aufwand – möglich Applikationen im unteren Lastbereich um rund 10 bis 20 mW effizienter zu gestalten. Multipliziert man dies mit der Anzahl der Haushalte bzw. multipliziert man dies mit der Anzahl der intelligenten Zähler, ist der Nutzen enorm.

Zur Dimensionierung und Simulation steht im Internet ein „Applikation Support Center“ zur Verfügung. Sie finden das „Applikation Support Center“ über unsere Homepage (hier). Die vorgeschlagene Standardbeschaltung kann Online auf kundenspezifische Anforderungen anpasst werden. Per Knopfdruck erhalten Sie das Schaltbild, die Simulationsergebnisse, sowie die Materialliste ihrer Schaltung.

Kompetenzseite: DC/DC Converter
dcdc-converter.elmos.com

Industrial Step-Down Converter IC Family
Low Standby Current and High Efficiency
Download (PDF | 1,0 MB)

Kontaktlose Strommessung mit hoher Genauigkeit

Elmos präsentiert mit dem E524.50 ein Sensorsystem zur präzisen Strommessung. Das System besitzt eine kleine Bauform, arbeitet galvanisch getrennt vom Primärstrom, hat eine hohe Dynamik und beinhaltet bereits eine kundenseitig konfigurierbare Überstromerkennung. Montagetoleranzen können in der Applikation durch eine Kalibration von Nullpunkt und Empfindlichkeit ausgeglichen werden, wodurch eine hohe Genauigkeit des Systems erreicht wird. Das Sensorsystem besteht aus der Sensorzelle, die Signalaufbereitung sowie zwei Permanentmagneten zur Erzeugung eines magnetischen Stützfeldes für das Sensorelement.

Mögliche Einsatzfelder sind Elektrofahrzeuge und Batteriemanagement sowie Wechselrichter für Solar- und Windenergieanlagen.

Der E524.50 basiert auf dem Anisotropen Magneto-Resistiven (AMR) Effekt. Das System misst das durch den Primärleiter erzeugte Magnetfeld, wobei die empfindliche Achse in der Ebene des Sensorelementes liegt. Die Größe des AMR-Effektes macht einen Flux-Konzentrator überflüssig. Durch die verwendeten schnellen Verstärker in der rückkopplungsgeregelten Schaltung (Closed-Loop-Prinzip) ergibt sich die hohe Bandbreite von DC bis über 500 kHz AC, was insbesondere die schnelle Erkennung der tatsächlichen Größe von Pulsflanken ermöglicht. Die typische Genauigkeitsabweichung beträgt 1,5% FS (Full Scale, max. Ausgangssignal) über den gesamten Temperaturbereich von -40°C bis +125°C, und liegt damit deutlich unter den typischen Toleranzen von etwa 5% FS Hall-Effekt basierter Stromsensoren.

Ein spezielles Leadframe zusammen mit einer fortschrittlichen Verpackungstechnologie ermöglichen eine ‚System-In-Package’ Lösung (SIP): alle Systemkomponenten zur Erfassung des Primärstromes sind per Standard Mold-Verfahren in einem JEDEC-kompatiblen SOIC16 Gehäuse zusammengefasst. Zusätzliche Bestückvorgänge (Through-the-Hole) oder zusätzliche Lötverfahren (z.B. Wellenlöten) zur Fertigung der Leiterplatte sind überflüssig.

Die Magnetfelddifferenz wird dadurch erzeugt, das der Primärleiter U-förmig unter dem Sensorgehäuse geführt wird. Der Sensor befindet sich auf der Symmetrieachse des U. Durch Variation der Geometrie des Primärleiters kann das benötigte differentielle Magnetfeld am Ort des Sensors für verschiedenen Strombereiche und Anwendungen optimal eingestellt werden. Damit wird nur ein Stromsensor für einen weiten Bereich unterschiedlicher Primärströme benötig.

Kompetenzseite: Stromsensor
current-sensor.elmos.com