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使用Allegro电流传感器IC在当前分频器配置中进行扩展测量范围

使用Allegro电流传感器IC在当前分频器配置中进行扩展测量范围

由Richard Dickinson和Andreas Friedrich，Allegro亚博棋牌游戏 MicroSystems，LLC

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摘要

Allegro™电流传感器ic的特点是采用创新的封装技术，将低电阻铜一次电流传导路径集成到封装中。虽然这在许多方面增强了应用程序的性能，但目前存在打包考虑因素造成的级别限制。

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。

提高当前的应用程序亚博尊贵会员

(A)更高电流的应用亚博尊贵会员

图1b(小电流传感器)

（b）降低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主，可以通过包路路由最终受到物理和热考虑的限制。

用于测量电流水平，我tot，大于I的最大值主，优雅的克服这些限制的方式是通过物理分割电流路径来仅测量总电流的良好控制的分数。如图1所示，通过使用PCB（印刷电路板）迹线或层的单独的分支，可以通过跳动汇流条和较低电流应用中的更高电流应用中应用该概念。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。

通过使用ACS712电流传感器IC感测电流的一部分

由Allegro设计的参考PCB将三分之一的应用电流通过ACS712设备。如图2所示，PCB上的导通路径是一条道，它将电流分成两个独立的子路:分流电流子路，其道宽为3.0 mm，检测电流子路，其道宽为5.0 mm。图3显示了由此产生的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 Itot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主通过设备)。



模拟1/3斜率测量的电流密度

图3。模拟电流密度为1/3 Itot测量。数据采集于45a Itot，4盎司。铜痕迹。



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。计算PCB痕迹重量对功耗的影响
通过1/3当前分频器

痕量重量
（盎司。CU。）

45 A时的功耗
（w）

总阻力
(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，系统准确性的这种增量提高必须抵御IC中少量产量损失的潜力，这可能会导致某些IC在客户网站上正确编制。装运后的编程必然意味着设备不能在Allegro工厂测试100％最终测试。

用于除去电流路径以测量总电流的给定分数的迹线布局尺寸可以使用以下方程（参考图4）计算。

考虑到:

  • 我Sens，测量的itot(一)
  • lSens1，感觉子路径侧的长度1（m）
  • Lsens2.，检测子路侧长度2 (m)
  • l分道，分流子路径的长度（m）
  • Ρc，铜迹线材料的电阻率（典型）（ω×m）
  • R主，设备中初级电导路径的典型电阻(Ω)
  • T，典型痕迹厚度(m)
  • WSens，感迹宽度(两侧)(m)
轨迹尺寸计算的符号

图4。轨迹尺寸计算的符号



感觉电流子路径的电阻的比率，rSens(Ω)和分流电流路径R分道（ω），由当前分频器电路的等式定义：

方程1（1）



在哪里

方程2(2）



和

方程3（3）



计算感测路径中的电阻时，重要的是包含r主，在ACS712中，一次电流导体(引线框架)的电阻。

对于给定的感应电流比，ISens，到总电流，我tot，以及给定的传感路径宽度WSens，可以计算痕量尺寸的所需比例，用于分流跟踪路径宽度，W分道， 如下：

方程4（4）



供参考的PCB:

  • 我Sens= I.tot/ 3.
  • lSens1= 8.5毫米
  • lSens2= 8.5毫米
  • l分道= 18毫米
  • Ρc= 2.5×10-5ω×mm.
  • R主= 1.5米
  • t = 0.14毫米;4盎司。铜
  • WSens= 5毫米

然后

方程4子



具有增强分辨率的同等分割电流

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解决方案。把我tot使用两个Active 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。

组合输出的建议电路。

图6。组合输出的建议电路。该电路使用两个ACS7xx器件来实现具有更高分辨率的等分电流路径。



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。

在最后一级使用单位增益，输出信号的比例为≈50 mV /安培，通过并行集成电路，产生0到30 a的测量范围。图7显示了这一过程的模拟，图8显示了测试跟踪。

图7

图7。模拟输出。结果使用ACS712设备在建议的电路组合输出(图6)。



应用±30a模式IPrimary在6a增量。

图8。应用±30a模式到I主在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。

在分压器中使用ACS758测量200a以上的电流

与ACS712一样，ACS758的测量范围受到通过其集成一次电流导体(电阻为100 μΩ)的电流量的限制。此外，还必须考虑其磁选器的饱和点。

图9示出了用于分割电流路径的配置，该方法均匀地在分流子路径和包含ACS758的Sense子路径之间均匀划分300a。使用1mm厚的铜母线，从点A到点B的当前分频器的电阻计算为小于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。更高的当前解决方案。同样把我tot在1毫米厚的铜母线栏上使用串联的ACS758装置。



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

图10。模拟电流密度为1/2 Itot测量。数据在300 a atot，4盎司。铜痕迹。



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。

多层板的顶部和横截面视图。

图11.多层板的顶部和横截面视图。这种方法，使用ACS758 PFF封装选项，根据层特征划分电流，传递I的受控比例tot通过设备。



为了调整当前部门的某些可变性，可以使用客户可编程版本的ACS758。这允许在PCB组装完成后对器件灵敏度进行编程。

使用ACS758测量电流高达300 A，提高分辨率

为了提高总电流高于200a的测量分辨率，两个ACS758设备可以并行使用来精确划分电流。输出被水平移动并相加。该配置如图12所示。它可以考虑测量高达300a Itot。为了匹配300a的全规模，Allegro建议使用ACS758XCB-150。

每个ACS758的输出首先通过增益为0.5的减法子电路进行处理。该子电路从ACS758输出中去除典型的2.5 V偏置电压。压缩单个输出信号的输出范围并对其求和的电路与图6所示的原理图相同。

当如图12所示定向时，器件A和器件B具有相对于电流方向的极性。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。更高的当前解决方案。同样把我tot使用ACS758系列设备。



1/2 ITot测量的模拟电流密度。数据在300次迭代，4盎司。铜痕迹。

图13。模拟电流密度为1/2 Itot测量。数据在300 a atot，4盎司。铜痕迹。



最后一级采用单位增益，通过并联器件得到的输出信号比例≈6.67 mV /安培，测量范围为0 ~±300a。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。

尽管在这种情况下使用ACS758XCB-150，但是通过使用双ACS758-200器件，可以使用相同的配置和接口电路来测量高达400A。在所有配置中，必须仔细关注使用工作电流水平安全地匹配汇流条尺寸和散热容量。

结论

通过对分流电流路径的精心设计，并根据需要在组装后对设备灵敏度进行编程，Allegro ACS7xx系列设备可用于测量扩展的电流范围。如需进一步了解分流电流路径设计，请与当地的Allegro销售办公室联系，并咨询现场应用工程师。亚博尊贵会员

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