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在电流分配器配置中使用Allegro电流传感器ic，扩展测量范围

在电流分配器配置中使用Allegro电流传感器ic，扩展测量范围

作者:Richard Dickinson and Andreas Friedrich, 亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems, LLC

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抽象的

Allegro™电流传感器IC的特点是创新的包装技术，可将低电阻铜初级电流传导路径集成到包装中。虽然这在许多方面增强了应用的性能，但是通过包装注意事项施加了当前的水平限制。

本应用笔记描述了增加可测量电流范围的简单方法。这些方法涉及分割被感知电流的路径。描述了各种设备和电路的选择。

介绍

所有Allegro电流传感器集成电路的核心元件是基于精密线性霍尔效应的磁场传感电路。对于标准型号，电路是双向的，如图1所示，允许电流在任何方向流动。

较高的电流应用亚博尊贵会员

(A)更高电流的应用亚博尊贵会员

图1b(小电流传感器)

(B)较低的电流应用亚博尊贵会员

图1所示。分流器的配置。Allegro封装的一次导体端子可以直接连接到母线，以满足更高电流的应用。亚博尊贵会员面板A显示了这个配置，使用了ACS75x-PSS包选项。对于低电流应用，封装可以连接到印刷电亚博尊贵会员路板的轨迹。面板B显示了这个配置，使用ACS75x-PSS包选项。对于标准型号，电流可以在任何方向通过。

电流产生的磁场被集成霍尔集成电路感知，并转换成比例电压。

通过接近霍尔传感器的电流路径来优化器件的精度。将初级电流导体集成到封装中，使得霍尔芯片相对于电流路径的定位控制非常好。然而，电流的数量，I基本的由于物理和热因素的限制，最终可以通过包进行路由。

为测量当前水平，I合计，大于I的最大值基本的在美国，克服这些限制的一种优雅方法是，通过物理分离电流路径，只测量总电流中控制良好的一部分。如图1所示，这个概念可以应用于高电流的应用中，通过切槽母线，在低电流的应用中，通过使用PCB(印刷电路板)轨迹或层的独立分支。亚博尊贵会员

这种方法有一个缺点。它降低了系统的电流分辨率，与电流被除以的比例相同。可根据各电流子路径所占比例确定最优补偿方案。注意，应进行校准原位，以考虑在焊点本身的任何额外电阻。

使用ACS712电流传感器IC检测部分电流

由Allegro设计了一个参考PCB，其通过ACS712设备路由施加的三分之一。如图2所示，PCB上的导通路径是将电流分成两个单独的子路径：分流电流子路径，带有3.0 mm的宽度，宽度为5.0 mm。图3显示了所得电流密度的模拟映射。

用于1/3 ITot测量的ACS712 PCB Trace Configurations

图2。ACS712 PCB Trace Configurations for 1/3 I合计测量。ACS712被安装到PCB轨迹上，沿着电流检测子路径串联(对应于I基本的通过设备)。



1/3 ITot测量的模拟电流密度

图3. 1/3 i的模拟电流密度合计测量。数据采集于45a I合计, 4盎司。铜的痕迹。



当参考PCB是用4盎司。铜线，A点到B点的电阻小于1mΩ，功耗小于2w。表1比较了用4盎司制作的参考pcb的计算电阻和功耗。痕迹和2盎司。痕迹。

表1. PCB痕量重量对功耗的计算效果
通过1/3电流分配器

跟踪体重
(oz。铜)。

45 A时的功耗
(W)

整体抵抗
（MΩ）

4

1.14

0.56

2

1.94

0.96

制造和装配公差导致在单个pcb上的检测子路径和分流子路径之间的电流划分有一些小的变化。在精度亚博尊贵会员要求需要补偿这些变化的应用程序中，可以使用ACS712的客户可编程版本。这允许在电路板制造和组装后对集成电路的mV/A灵敏度进行校准。

然而，在系统准确性方面的这种增量改进必须与集成电路中可能出现的小百分比产量损失相平衡，如果某些集成电路在客户站点上没有正确编程，可能会导致这种损失。发货后编程必然意味着设备不能100%在Allegro工厂进行最终测试。

可以使用下面的方程(参考图4)计算用于划分当前路径以测量总电流的给定部分的跟踪布局维度。

给出：

  • 我sens，测量I的比例合计(一)
  • lSens1.，检测子路径边1的长度(m)
  • LSens2，检测子路侧长度2 (m)
  • l分流器，分流子路长度(m)
  • ρc、铜痕量材料的电阻率(典型)(Ω×m)
  • R基本的，设备中初级电导路径的典型电阻(Ω)
  • T，厚度（典型）痕迹（m）
  • Wsens，感测迹线（两侧）宽度（m）
轨迹尺寸计算的符号

图4.跟踪尺寸计算的符号



检测电流子路的电阻Rsens（ω），以及分流电流路径，R分流器(Ω)，由分压器电路的方程定义:

等式1（1）



在哪里

等式2(2）



和

等式3.（3）



在计算传感路径中的电阻时，重要的是要包括R基本的，初级电流导体的电阻，引线框架，在ACS712中。

对于给定的感觉电流比例，我sens，总电流，我合计，以及给定的感觉路径宽度，wsens，则可计算分流道路径宽度W所要求的道尺寸比例分流器,如下所示:

等式4.（4）



给定，对于参考PCB：

  • 我sens=我合计/ 3
  • lSens1.= 8.5毫米
  • lSens2.= 8.5毫米
  • l分流器= 18毫米
  • ρc= 2.5 × 105Ω×毫米
  • R基本的= 1.5米
  • T = 0.14 mm;4盎司。铜
  • Wsens= 5毫米

然后

等式4亚



同样分裂的电流与增强的分辨率

分频器配置的一个缺点是降低了电流传感系统的分辨率。使用两个ACS712设备并联，level-shift和添加它们的输出，减少了这种分辨率的损失。图5显示了一个示例配置。

不降低分辨率的双包解决方案。

图5.不降低分辨率的双包装解决方案。划分我合计使用两个活动的ACS712包。



图6中的原理图显示了一个压缩单个设备输出的输出范围，然后将它们相加的电路。在输出之前，每个ACS712的信号首先通过增益为0.5的减法子电路进行处理。该子电路从ACS712输出信号中去除典型的2.5 V偏置电压。

建议电路组合输出。

图6.组合输出的建议电路。该电路使用两个ACS7XX器件实现具有增强分辨率的同等分割的电流路径。



当如图5所示方向时，器件A和器件B的极性相对于电流方向相反。设备的一个输出必须是倒转的。通过对器件A的输出进行反相，然后在最后的加法级使用一个反相运放，整体输出信号具有正确的极性。

在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有≈50mV/安培通过并联IC的比例，产生0到30的测量范围。仿真在图7中示出，图8中出现了测试迹线。

图7

图7.输出模拟。结果在建议电路中使用ACS712器件组合输出（图6）。



在6个增量中施加±30模式对Iprimary。

图8.延续±30的±30基本的在6个A增量。绿色的是设备A，红色的是设备B。最低的(蓝色)迹线是接口电路的输出，用于合并两个ACS712输出。请注意，信号在示波器上是直流偏移偏移的，为了观察清晰。



分辨率将随两个有源器件的噪声叠加程度而变化。然而，经经验测量，结果信噪比大约是使用带有不间断电流分流路径的单个ACS712时实现的1.5倍。如果想要一个更大的输出信号范围，增益可以通过改变电阻值比R8 / R7来调整。

通过使用当前分频器中的ACS758测量高于200 A的电流

与ACS712一样，ACS758的测量范围受到可以通过其集成初级电流导体的电流量的限制，其电阻为100μΩ。此外，必须考虑其磁集聚器的饱和点。

图9显示了分流电流路径的配置，该分流电流路径在分流子路径和包含ACS758的检测子路径之间平均分割300a。用1毫米厚的铜母线计算A点到B点的隔流电阻小于100μΩ。

在1毫米厚的铜母线上使用ACS758系列设备平均划分ITot。

图9.更高的电流解决方案。同样划分我合计将ACS758设备串联在1毫米厚的铜母线上。



1/2 ITot测量的模拟电流密度。数据在300次迭代，4盎司。铜的痕迹。

图10. 1/2 i的模拟电流密度合计测量。数据采集于300ai合计, 4盎司。铜的痕迹。



在分流电流路径组件中，使用多层重质量PCB轨迹是额外降低功耗的一种选择。PCB的多层允许进一步划分电流。分配给分流电流子路径的层与用于检测电流子路径的层的比率决定了电流的总划分。这种配置如图11所示，它提供了这种类型的PCB的平面图和横截面视图。

多层板的顶部和截面视图。

图11。多层板的顶部和截面视图。该方法采用ACS758 PFF封装选项，根据层特性对电流进行划分，通过可控比例的I合计通过设备A.



为了在当前划分中调整某种可变性，可以使用ACS758的客户可编程版本。这允许在PCB组件制造之后编程设备灵敏度。

使用ACS758测量高达300 A的电流，通过增强的分辨率

为了增强在高于200a的总电流的测量中，两个ACS758器件可以平行使用，以精确地除以电流。输出级别移位并加在一起。此配置如图12所示。可以考虑测量最多300个I合计．为了匹配300 a的全量程，Allegro建议使用ACS758xCB-150。

首先通过增益为0.5的减法器子电路处理来自每个ACS758的输出。该子电路从ACS758输出中消除了典型的2.5V偏移电压。用于压缩各个输出信号的输出范围的电路和总和与图6中的示意图中所示的电路相同。

当如图12所示方向时，器件A和器件B具有相对于电流方向相反的极性。设备的一个输出必须是倒转的。通过对器件A的输出进行反相，然后在最后的加法级使用一个反相运放，整体输出信号具有正确的极性。

更高的当前解决方案。使用ACS758系列设备均分ITot。

图12.更高的电流溶液。同样划分我合计使用ACS758设备串联。



1/2 ITot测量的模拟电流密度。数据采集在300a ITOT, 4盎司。铜的痕迹。

图13。模拟电流密度为1/2 I合计测量。数据采集于300ai合计, 4盎司。铜的痕迹。



在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有通过并联器件的≈6.67mV/每种安瓿的比例，产生0到±300的测量范围。模拟如图14所示。

模拟输出。结果使用acs758xb -150器件在建议的电路组合输出(图6)。

图14。模拟输出。结果使用acs758xb -150器件在建议的电路组合输出(图6)。



由此产生的信噪比几乎是使用带有不间断电流分流路径的单个ACS758时实现的1.5倍。如果想要一个更大的输出信号范围，增益可以通过改变电阻值比R8 / R7来调整。

虽然在本案例研究中使用了ACS758xCB-150，但通过使用双ACS758-200设备，使用相同的配置和接口电路，最高可测量400a。在所有配置中，必须仔细注意母线尺寸和散热能力与运行电流水平的安全匹配。

结论

通过仔细的板式设计分流电流路径，并通过组装后的编程设备灵敏度如果需要，Allegro ACS7XX系列的设备可用于测量扩展电流范围。为了进一步提供分流电流路径设计，请联系您当地的Allegro销售办事处，并咨询现场应用工程师。亚博尊贵会员

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