重新思考PCB电流传感的可能性

重新思考PCB电流传感的可能性

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由Montaz Khadar，Formalic Marketing Manager，Alle亚博棋牌游戏gro Microsystems

介绍

在所有市场上，从可再生能源和电机驱动到电动车辆，电子设备受到挑战，较小，更高效，更便宜。这增加了印刷电路板（PCB）设计的复杂性，并推动工程师寻找创新解决方案。由于所有这些解决方案都需要电源，因此必须感测电流（I）和电压（V），并且是在这些应用中关键的任务。亚博尊贵会员具有精确的电流检测，使系统的控制，保护和监测可行。

当谈到为PCB设计选择正确的电流传感器时，电流处理能力变得越来越重要。由于PCB内部的热限制，PCB中的电流测量通常在100 A左右。超过100a通常需要一个复杂的解决方案，可以转化为更大的规模和更高的相关成本。然而，能够可靠地测量超过100a的PCB电流也可以提供巨大的优势，如效率提高和整体系统级成本降低。

今天使用的两个常用电流传感方法是分流电阻和磁传感器。这两种解决方案都使用小值电阻（分流）或磁感测元件（例如霍尔效应）的电压与集成导体解释电流值。虽然分流方法通常具有非常好的分辨率和准确性，但由于它们的欧姆损失，它们遭受能量低效率，并且增加了与分流电阻连接相关的布局复杂性和终寿命的焊接阻力。较新的磁传感器选项克服了这些限制 - 通过提供独立的集成解决方案，由于它们非常小的欧姆损耗和紧凑的尺寸，因此可以使PCB电流测量最高可达600个。

本文将讨论两种新的创新方法来测量PCB中高达600 A的电流:一种基于集成导体的接近无损霍尔电流传感器和一种非侵入式独立无芯和无屏蔽差分霍尔电流传感器。

靠近无损霍尔的电流传感器，具有集成导体

不同市场的电子设备对更高电流密度解决方案的需求越来越大，以提高整体效率和降低成本。例如，由于广泛采用碳化硅(SiC)等宽带隙晶体管实现电路小型亚博尊贵会员化和提高系统整体效率，功率转换应用如DC/DC转换器和板载充电器的电流密度迅速增加。理想情况下，这些应用中的电流传感器需要紧凑、高效、亚博尊贵会员准确，并提供高带宽来捕获这些高开关晶体管产生的非常快的电流波。

本次挑战有两种流行的解决方案 - 基于分流电阻的解决方案和磁传感器。对于磁传感器选项，Allegro Microsystems亚博棋牌游戏提供的宽范围非常低电阻，高度集成的电流传感器封装，具有不同的电流和电压处理能力。现有的分流解决方案需要复杂的布局和电路实现，以实现高电流和电压水平，并且通常具有更高的电阻。相比之下，Allegro的电流传感器通过它们的紧凑尺寸和易用性来区分，如图1所示。

最近，Allegro推出了两种新的表面安装封装选项，可以测量电流高达500 A。第一个是一个类似模块的定制包，可以检测高达500 a的电流，电阻很小(100µΩ)，同时提供优良的工作隔离电压等级- 1350v的基本工作电压。这种封装被称为“CB”，它有一个集成的内部铁磁集中器，将磁场从载流轨迹引导到霍尔元件的敏感平面。图2显示了组成CB包的不同组件。电流通过引线框产生一个磁场，由集中器引导进入集成电路，信号引脚退出覆盖封装，连接到外部电路。基于霍尔效应的电流传感器的本质允许固有的隔离，因为载流引线框架不需要电连接到集成电路。CB封装中的塑料模具化合物也将集成电路和信号引脚从引线框架隔离开来。CB封装已通过UL 60950规范认证。

该软件包是高密度PCB设计的独特解决方案，允许客户使用简单，易于使用的电流传感器缩小其整体尺寸，而与其他昂贵，笨重和更复杂的解决方案，如分流器或更大的模块。有关热性能的更多细节可以在此找到应用注。其他替代的高电流密度包装包括Allegro的微小（6.4×6.4 mm2）定制LR封装，可以处理高达500 V直流工作电压和100 A +电流。第三种产品是新的自定义SOIC16W（MC）封装，具有厚的引线框架，允许此包通过80 A +，同时提供优异的1600 V基本隔离电压。图3突出显示不同的包装温度升高，作为各种连续电流水平。

独立，非侵入性，无核心和屏蔽电流传感器

对于需要亚博尊贵会员非侵入性、高电流密度解决方案的应用，Allegro最近推出了一个新的无芯电流传感器系列，包括新的ACS37612。该产品系列为当前测量提供了真正独立的解决方案;这些解决方案使设计者能够从他们的设计中去除核心和屏蔽。这些传感器测量电流高达600 A流经PCB，典型精度为1%。用于测量磁场的差分霍尔元件对杂散磁场具有很强的免疫力，而不需要其他解决方案所要求的层压屏蔽，从而减少了设计尺寸和材料清单(BOM)。图4是操作和实现原理的基本概述。

答：操作基本理论
B：PCB中的实现方法

这种解决方案的典型应用是电动车辆中的牵引逆变器。在加速期间，数百个放大器流过牵引电机逆变器。这种高电流的精确测量对于安全操作性能至关重要。传统上，工程师传统上依赖于低滞后层压芯，用于这种测量 - 使用三到六个核心，这取决于电机中的相位的数量。

决定电流动态范围的系统耦合系数由ACS37612的灵敏度水平和PCB的金属痕迹决定。对载流道进行必要的修改，增加了很小的电阻，~50µΩ。这为设计人员提供了很大的制造灵活性，并且能够在设计的任何阶段轻松地增加电流传感范围。

ACS37612无需核心，制造商可以减少逆变器的空间和重量，从而提高电动汽车的效率。这种非侵入式、非接触式电流传感器的设计目的是提高相对于分流解决方案的热效率，因此是降低48v电机平台和高压逆变器系统能耗的理想选择。

结论

随着电子系统的发展，由于电流测量的关键作用，对高效、高电流能力、高效PCB电流传感器的需求变得比以往任何时候都更加重要。通过简单易用的表面安装电流传感器，Allegro的集成导体解决方案解决了电流和电压隔离能力方面的市场需求。为了更大的灵活性，设计师可能会倾向于Allegro的新型无芯电流传感器，用于真正独立的、无损的、非侵入性电流测量。这两种解决方案都为PCB电流传感设定了新的标准，允许系统设计师达到新的效率和功率密度水平。

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