一种微型线性电流传感器集成电路

一次导体电阻仅0.6 mΩ，降低了功耗

由肖恩·米兰
亚博棋牌游戏快板微系统公司有限责任公司

线性电流传感器集成电路ACS711，封装在0.75 mm厚的低外形包装中，尺寸仅为3mm × 3mm !它是专为低边和小于100 V的传感应用需要5 A到30 A的连续电流传感。亚博尊贵会员

传统上，电流检测是通过传感电阻或电流互感器来完成的，它们可以占用很大的PCB面积。检测电阻值从10到50 mΩ在较高的电流下会消耗大量的功率，这降低了整个系统的效率，而电流互感器会消耗大量的PCB空间。霍尔效应传感器集成电路被用来提供一种测量导体中电流的非接触方法，并提供与流经导体的电流成比例的电压信号。

来自Allegro™MicroSystems, LLC的新型电流传感器IC ACS711(图1和2)解决了尺寸问题，其占地面积非常小，3mm × 3mm，只有0.6 mΩ导体电阻，比典型的检测电阻放大器解决方案降低了一个数量级的功耗。集成了电流传感器IC的Allegro工厂编程，提供了更精确的解决方案，同时通过减少载流导体的功率损耗，提供了小尺寸和更高效率的额外好处。

图1所示。ACS711 QFN的包装尺寸与美国的相比
美分的硬币

图2。ACS711器件采用QFN结构:黄色为IC
芯片，红色代表霍尔元件，绿色线代表磁通量，
蓝色是被感知的电流路径

包装

一圈无磁芯的霍尔电流传感器ic不会产生大的磁场，因此将霍尔传感器元件放置在感应电流附近是一种很有吸引力的方法。导体周围的通量可能只有100高斯(10 mT)或更少，而且这一通量会随着霍尔元件与导体的距离迅速减小。

为了优化性能，ACS711设备采用了Allegro专利倒装芯片磁场传感技术，如图2所示。倒装芯片的使用允许集成电路霍尔换能器部分的有源区域(如图2中的红色方块所示)在硅表面被放置在最接近初级导体的位置。这允许良好的信号耦合。

采用经典的倒装芯片技术，将芯片与信号电路进行必要的连接，并将芯片置于引线架上的电流导体之上。通过专利的外露电流回路设计，将初级电流路径有效地引导到霍尔元件，端子直接焊接到PCB导线上。采用这种与导体紧密的磁耦合，最大限度地提高了信号灵敏度，器件可产生90mv /A和45mv /A的电流，对15a和31a的满量程电流进行传感，传感器IC仅需3.3 V电源。

倒装技术还允许外壳成型塑料填充初级电流导体和模具表面和设备信号引线之间的小空间，提供电流(电压)隔离。由于该装置具有吸引人的小尺寸，该封装只提供隔离的供电电压值低于市电电压。ACS711已针对低于100 V的低压电路进行了优化，例如:48 V太阳能电路、通信、消费电子和音频应用。亚博尊贵会员该设备组装成成品也很经济，对于家用和商用白色家电和通用电机驱动器的低侧传感应用非常出色。亚博尊贵会员

尽管体积小，ACS711可以感应到QFN封装中相对较大的电流，最高可达±31 A。在较高的电流范围内，检测电阻的功率损耗是显著的，在集成电路封装内外传导这样的电流水平一直是一个传统的限制。QFN封装解决了这个问题，在安装表面有两个大焊锡垫，并对初级感应电流导电环的形状进行了仔细的细节处理。该设计在包内使用大量的铜导体来形成传感电流回路，而不使用键合线。QFN的初级导体电阻只有0.6 mΩ，比大多数低侧传感配置中使用的传感电阻小一个数量级。这降低了功耗，典型的功耗在30 A时仅为0.54 W，在15 A时仅为0.135 W。这不仅有助于提高系统效率，而且使设备即使在升高的电流下也能保持凉爽。如果客户更喜欢某些应用的含铅包装，ACS711产品也可以使用配套的SOIC-8包装。亚博尊贵会员请参考Allegro网站www.wangzuanquan.com了解更多线性电流传感范围。

焊接及热特性

尽管低功率耗散，甚至更低的热电阻，以环境比固有的相对小，3毫米²需要QFN包装。如果设计得当，印制电路板(PCB)上宽的、大电流的铜线足以帮助冷却设备。一个示例如图3所示，在ACS711原型板上的布局可从Allegro。注意，两个大垫区，4.5毫米宽，仅略大于非常小的QFN包装轮廓。在这块板上，使用了两层4盎司的铜，通过热通道连接(那些在QFN下的可以填充或消除，如果必要的话)，以提高热性能。如果有必要，可以填充或取消QFN下的通道，因为一些客户发现在生产环境中很难完成这一任务。进一步的设计细节和指导PCB安装可从Allegro。

图3。QFN电流传感器IC的PCB布局(Allegro原型
板85 - 0528)

使用图3所示的Allegro PCB板，在一个感知电流水平范围内进行温度测量。图4显示了结果。从图中可以看出，在85°C的环境温度下，传感器IC封装可以承受45a的连续电流，直到达到推荐的最大结(模)温度165°C。通过适当的PCB设计，该设备可以在85°C的环境温度下安全地使用30 A的连续电流，在达到165°C的模具温度之前，大约有50°C的安全裕度。亚博尊贵会员

图4。安装在PCB上的QFN的热性能

设备特性、故障输出和准确性

电压信号依赖于电流的方向，可以测量交流和直流的双向电流。在零电流水平，输出电压信号是电源电压的一半。

ACS711传感器集成了一个工厂编程的快速响应数字故障输出，响应时间为1.3 μs。这种快速故障信号可用于防止igbt或其他开关设备在短路或过流条件下的破坏，或作为电机控制应用中的冗余故障特征。亚博尊贵会员

使用运放解决方案的检测电阻器的另一个固有缺点是随着温度的变化而降低精度，因为检测电阻器的值会发生变化。基于霍尔的传感器集成电路不会出现这种误差，因为电流在导体中流动所产生的磁场与温度无关。Allegro ACS711通过应用先进的双cmos工艺，内置斩波电路来补偿霍尔元件偏置电压变化，提供额外的保护，以防止封装热应力。ACS711传感器IC的完全集成架构进一步允许在Allegro生产线末端生产测试中进行调整编程，进一步减少增益和偏移误差，提供更精确的传感解决方案。

总结

先进的Allegro专利的线性霍尔集成电路倒装芯片封装使得3毫米× 3毫米的全集成电流传感器设备——Allegro MicroSystems ACS711，其内阻只有0.6 mΩ，在封装中产生，真正能够承受热量。亚博棋牌游戏与适当的PCB设计一起使用，该设备可以用于连续电流超过30 A的应用，同时与现有的检测电阻解决方案相比，降低一个数量级的功耗。亚博尊贵会员

在这种集成电路中，工厂编程提供了高精度，并集成了快速响应故障输出。这些技术结合在一起，为您的应用程序提供了最小的电流传感足迹，而不影响精度。

图5。ACS711的典型应用电路

本文件所包含的信息不构成Allegro就本文件标的向客户作出的任何陈述、保证、保证或诱惑。所提供的信息不能保证基于这些信息的流程是可靠的，也不能保证Allegro已经探索了所有可能的故障模式。客户有责任对最终产品进行充分的合格测试，以确保其可靠并满足所有设计要求。