Open-Close-Loop-Accuracy-ACS720 - yaboAPP亚博,yabo亚博网站,亚博电竞官网客户端

实现开环电流传感器的闭环精度

肖恩·米兰,
亚博棋牌游戏快板微系统公司有限责任公司

闭环电流传感技术在许多工业和汽车应用中被用于精确的电流传感。亚博尊贵会员通过在单片、完全集成的电流传感器IC中采用专有的封装技术和先进的集成算法，Allegro MicroSystems, LLC开发了基于磁的电流传感器IC解决方案，使用开环拓扑实现接近闭环精度。亚博棋牌游戏本文将详细讨论用于实现这一目标的封装方法和算法。

开环与闭环电流传感拓扑

通常，开环霍尔效应传感器采用磁性传感器来产生与所感测电流成比例的电压。该信号随后被放大，以提供与导体中流动的电流成比例的模拟输出信号。导体通过铁磁芯的中心馈电以集中磁场，磁传感器放置在磁芯的间隙中。该拓扑如图1所示。在开环配置中，霍尔效应电流传感器IC灵敏度的任何非线性或漂移都会产生误差。闭环传感器使用由电流传感器IC主动驱动的线圈，以产生与导体中电流产生的磁场相反的磁场。

霍尔传感器随后观察传感器处的净零磁场。输出由一个电阻产生，该电阻的电压与被驱动到线圈中的电流成比例，该电压也与通过绕在磁芯上的线圈匝数在初级导体中流动的电流成比例。闭环拓扑如图2所示。闭环电流传感器不仅需要铁磁芯，还需要一个线圈和额外的高功率放大器来驱动线圈。而闭环电流传感器比开环电流传感器更复杂
配置时，它们确实消除了霍尔传感器集成电路的灵敏度误差，因为系统是在零场的单个点上运行的。如果设计合理，闭环霍尔效应电流传感器和开环霍尔效应电流传感器的零安培输出电压性能一般相同，因此开环霍尔效应电流传感器零安培检测精度与闭环霍尔效应电流传感器零安培检测精度非常相似。与开环方案相比，闭环传感器体积更大，占用PCB面积更大。它们也消耗更多的电力，因为它们需要驱动补偿线圈，而且更贵，因为
附加线圈和线圈驱动电路。

开环和闭环传感的选择就变成了精度和响应时间的要求。如果应亚博尊贵会员用要求高精度，闭环电流传感器通常是一个简单和明显的选择，因为它消除了上述灵敏度非线性误差的系统。闭环的快速响应时间需要保护半导体开关，如igbt和mosfet在应用中用于控制电流流动。接下来的挑战是如何使开环传感器具有足够的精度和速度，从而成为这些应用的一个选择。亚博尊贵会员Allegro开发的技术提供了行业领先的小尺寸、高精度和速度的开环解决方案，比闭环解决方案消耗的电流更少，价格更低，使其成为新的合理选择。

开环传感器IC封装

Allegro电流传感器IC的独特之处在于大多数都是完全集成的。专利倒装芯片封装技术是用来创造足够的领域，以消除对铁磁性材料的需要
果心图3显示了SOIC16电流传感器IC配置。请注意，电流进出封装的一侧，信号引线位于封装的另一侧。这个
电流产生的磁场集中在¾圈导体的中心，如图4顶视图所示。IC采用凸点，并采用倒装芯片组装技术来放置
磁霍尔换能器的最大磁场面积。

图4的横截面图还显示，半导体IC和载流导体之间没有物理接触。这提供了所需的电流隔离
在许多高压应用中。亚博尊贵会员不同的封装封装垫将提供不同级别的隔离，作为一个常见和困难的UL和TUV规范UL/TUV60950-1版
2.请参阅上的设备数据表yabo live 用于单个传感器的隔离等级。这些表面安装封装的导体电阻非常低，仅为1 mΩ。这些封装可用于高达50 A RMS或DC的连续电流，并考虑客户PCB上的标称热问题。关于直流和瞬态电流的封装热性能的详细应用说明位于以下链接。//www.wangzuanquan.com/en/Design-Center/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications/DC-and-Transient-Current-Capability-Fuse-Characteristics.aspx

先进的半导体算法，提高精度和速度

快板ACS720电流传感器IC提供了一个新开环技术的优秀示例。图5显示了IC的典型框图。

Allegro-BiCMOS混合信号半导体工艺允许低偏移模拟电路与中密度数字电路结合，使先进算法集成到单个单片集成电路上成为可能。模拟信号路径设计为在120 kHz带宽下工作，响应时间<4μs，在大多数电机控制和绿色能源应用中工作良好。对于需要更快响应时间以防止过电流故障的应用，ACS720还具有用于过电流检测的数字慢速故障和用于短路保护的非常快速的数字故障电流输出。两个故障输出的触发点可通过VOC引脚上的电阻分压器由用户配置。快速故障跳闸在略高于1μs的时间内变为低激活状态，并提供可用于保护半导体开关免受短路事件影响的信号。这为大多数应用提供了所需的高速保护。亚博尊贵会员

该传感器还集成了逆变器应用中优化的功能，其中电源和信号板通常由不同的电源电压供电。亚博尊贵会员ACS720内部调节器
工作在5v电源上，具有较大的电源抑制比，提供了对电源轨上的噪声的免疫。然而，该设备的输出是非比例的和兼容的
配有3.3 V电源，并可直接馈入信号板上微处理器的ADC。这允许输出信号偏移量和灵敏度保持稳定和3.3 V兼容，即使在5 V电源上的干扰。当在多相逆变器中使用多个ACS720器件时，故障引脚也是开放的NMOS器件，并且可以在逻辑上或在单个数字I/O引脚上。

为了优化超温精度，集成电路对主信号路径增益和偏置采用了集成的分段线性温度补偿算法。

温度补偿算法

由于增加了包含EEPROM技术的数字温度补偿算法，Allegro开环电流传感器集成电路的精度大大提高。分段线性
采用五边界间的温度补偿，在不牺牲信号带宽的情况下，大幅度降低了模拟信号路径的固有漂移。图6演示了
技术。该算法可以调节零安培输出电压(QVO)和灵敏度。QVO或灵敏度的本地漂移用虚线(虚线)表示
线显示添加在边界之间的线性补偿，实线显示传感器输出的结果行为。注意在图5中数字补偿
与主信号通路平行。这允许模拟输出保持在高速，同时增益和偏移被补偿，因为温度随时间的缓慢变化。

补偿参数在Allegro工厂生产线末端测试中编程，并通过集成EEPROM、温度传感器和数字分段线性实现
在整个工作温度范围内提供稳定的零安培输出电压和灵敏度。

传感器的性能

专利封装技术和集成数字补偿算法的结果为传感器提供了近±1%的精度在整个温度范围和操作
传感器带宽。这些结果可以在下面的图7中看到。在整个工作温度范围内，QVO(偏移量)误差小于±8mv(±0.5%)
温度敏感性仅为±1%。

总结

通过结合独特的封装技术和先进的混合信号半导体工艺与先进的数字温度补偿算法，开环电流传感器集成电路
实现闭环的准确性。小的PCB占地面积和消除笨重和昂贵的铁芯，使Allegro的这些电流传感器集成电路很容易集成到需要高精度和高速度的应用程序中，所有这些都低于闭环传感解决方案的价格点。亚博尊贵会员

有关当前传感器IC的更多信息，包括布局建议和其他应用说明，请参阅霍尔效应传感器IC出版物登录页：//www.wangzuanquan.com/en/Design-Center/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications.aspx

其他应用说明、常见问题和产品信息也可以在Allegro的网站www.wangzuanquan.com上找到。

适用的专利
1.Gagnon等人，“电流传感器”，美国专利7,166,807;2005年6月3日申请，2007年1月23日发布;受让人:Allegr亚博棋牌游戏o MicroSystems, LLC
2.杜格等人，“电流传感器”，美国专利7,709,754;2003年8月26日申请，2010年5月4日发布;受让人:Allegr亚博棋牌游戏o MicroSystems, LLC
3.米兰诺等人，“带磁场传感器的电流传感器增强隔离”，美国专利8,907,437;2011年7月22日申请，2014年12月9日发布;受让人:Allegr亚博棋牌游戏o MicroSystems, LLC

最初发表于《EE Times China》，2018年4月。允许转载。