高效电流传感厅传感器IC的新方法节省电力和空间

高效电流感应的新方法：集成霍尔传感器IC保存电源和空间

由Alihusain Sirohiwala.
亚博棋牌游戏快板微系统公司有限责任公司

集成霍尔效应电流传感器技术的最新进步提供了一种替代电流检测解决方案，可降低功率损耗，实现大多数成本目标，并在应用印刷电路板上占据更小的体积。

具有检测电阻和放大器电流检测

常规电流检测技术与携带电流的导体串联插入感测电阻器。还需要放大器，因此当电流流过电阻时，可用于测量输入电流的电压。感测电阻的值（通常为1到100mΩ）取决于要感测的最大目标电流。较小的检测电阻值在施加电流时显影较低的信号电压。

电阻-放大器传感电路被实现为一个分流电路，在负载的低侧(近地电位)或高侧(近供应电位)上承载施加的电流。高边电流传感允许对地电位的短路条件进行检测，并且在很大程度上不受地电位扰动的影响。当多个低侧电流检测电阻并联(以减少功率损耗)时，地电位扰动成为一个更大的问题，因为这会导致寄生地回路。高边传感的缺点是，依赖于高边电压，放大器电路必须能够工作于高共模输入电压信号，这使得设计更加复杂，解决方案更加昂贵。低侧传感放松了放大器电路的共模输入要求，但它也更容易受到系统地电位的干扰，而且它不能检测从电源到地电位的短路情况。

在感测电阻实现中，测量精度很大程度上受到感测电阻的温度系数TC和输入偏置误差V的限制_OSI , of the amplifier. A smaller value sense-resistor usually results in degraded accuracy performance since the amplifier’s input offset error now constitutes a larger percentage of the applied signal at the amplifier input. The use of a larger value sense resistor, while beneficial for output accuracy, results in higher power dissipation. As a result, the sense resistor value for a design is usually chosen based on a design trade-off between sensing accuracy and power dissipation.

考虑到低侧应用的典型电流检测电阻值大约为20mΩ。亚博尊贵会员对于30个连续电流检测应用，电阻损耗的功耗将是：

P._D.=我²R.=（30）²×0.02 = 18倍
= = (30) × 0.02 = 18 w
= = (30) × 0.02 = 18 w

这种功率散发为热量，需要使用通常更大且更昂贵的高瓦数，采用特殊的热技术，例如散热器安装和暴露的金属垫以进行散热。这种功率损失还使解决方案能量效率低，在便携式电子产品和环保设计中越来越重要的考虑因素。

通过集成霍尔技术改进电流检测

感测电阻技术的另一个缺点是它们经常导致应用程序PCB中的卷损失，因为当如此大量的能量被散发时，必须考虑热考虑因素。图1比较了典型的感测电阻（至-220）和运算放大器（SOT-23）解决方案所占用的最小卷和PCB占地面积，通过基于集成的霍尔效应的电流感测技术（QFN和SOIC），PCB消耗。

图1所示。应用PCB体积比较

Allegro的集成霍尔效应电流传感器IC采用专利的倒装芯片技术，如图2所示，将高精度集成到电流携带导体中，进入一个区域和热效率的整体包装。电流通过主要导线循环进出包装。该电流产生由霍尔换能器感测的磁信号，显示为图2中的红色正方形，并转换为电压。霍尔电压从初级电流电压隔离，并且取决于电流的方向，允许在AC和DC模式中进行双向电流检测。换能器放置在最高磁通密度的区域中以优化磁耦合。由于具有霍尔元件的模具表面现在最接近初级导体，因此该方法优化了换能器灵敏度和精度。

图2. Allegro集成倒装芯片技术为电流传感提供了有吸引力的新解决方案

通过流过导体的电流产生的磁场不是温度依赖性的。结果，与检测电阻和放大器技术相比，集成霍尔方法具有一个较小的温度依赖性误差术语。集成霍尔IC的导体电阻低至0.6MΩ，比低侧传感配置中使用的大多数感测电阻小。这节省了客户应用中的功耗，并提供更高的效率和更环保的解决方案。亚博尊贵会员小型占地面积还节省了PCB区域，从而降低了整体系统成本。表1比较了30个用于感测电阻和放大器解决方案的连续电流检测应用的区域和功耗，以及Allegro的ACS711 QFN和ACS710霍尔效应IC。

智能电池电流检测

一个越来越相关的低边电流传感实现的例子是智能电池系统的充电电流监测。除了两个电池端子，这些电池系统通常有两个诊断信号:用于电池健康的单线数据线和用于电池温度监测的单线热敏电阻输出。这些诊断参考电池的负极。

在本申请中使用感测电阻时，设计工程师必须考虑各种错误术语。首先，电阻将从电池作为热量散发能量，使系统效率低下。二，电压，v_感觉 , developed across the sense resistor will be superpositioned on the thermistor voltage, V_Therm. , such that the voltage seen by the charge controller is V_感觉+ V._Therm. , resulting in an error in the monitored battery temperature (figure 3). This could affect the charging control of the battery system and eventually hamper battery life. Lastly, the sense resistor approach yields reduced accuracy when using lower sense resistor values, as discussed earlier in this article.

图3.智能电池电流检测

在集成霍尔效应传感器的情况下，导体电阻较低（低至0.6MΩ），大大降低了功耗。在导体环路端子上几乎没有产生电压，这有助于保持热敏电阻的诊断信号的完整性。最后，由于感测基于磁耦合，因此导体阻力和精度之间没有依赖性，简化了设计。

白色商品电机控制电流检测

电机控制电路中需要能效，安全性，可靠性和低成本，如冰箱，洗衣机和空调（称为“白色商品”）。集成的霍尔效应电流传感器可以提供紧凑的电流传感解决方案，具有固有的高压隔离（图4）。由于它们具有非常低的初级导电电阻，因此也可以显着降低电流检测的功耗。这有助于满足能源明星等能源效率要求。这些传感器IC还提供了一种快速检测故障条件的方法，可以防止昂贵的系统损坏，提高可靠性。

图4.电机控制电流检测

总结

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，LLC开发了一系列全集成的霍尔效应电流传感器IC，提供高度精确的低噪声输出电压信号与应用的AC或DC电流成比例。Allegro’s proprietary integrated Hall-effect devices employ advanced IC and packaging techniques for sensing current from 5 A to 200 A. Allegro current sensor ICs allow design engineers to use Hall-effect based current sensor ICs in new applications where increased energy efficiency or new operating features are required. Wherever current sensing is needed, an integrated Hall-effect IC can provide a solution.