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换能器来产生与所感测到的电流成比例的电压。然后放大该信号以提供与在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送以将场浓缩，并且磁换能器被放置在芯的间隙中。这种拓扑如图1所示。在开环配置中，霍尔效应电流传感器IC的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场产生的磁场。

然后，霍尔传感器在换能器处观察净零磁场。输出由电阻器产生，该电阻器产生与被驱动到线圈的电流成比例的电压，这也与通过缠绕在磁芯周围的线圈的匝数的主导体中流动的电流成比例。闭环拓扑结构如图2所示。闭环电流传感器不仅需要铁磁核，而且还需要一个线圈和额外的更高功率放大器来驱动线圈。闭环电流传感器比OpenLoop更复杂
配置，它们确实消除了与霍尔传感器IC相关的灵敏度误差，因为系统在零场的单点运行。闭环和开环霍尔效应电流传感器通常具有相同的零放大器输出电压性能如果设计合理，所以开环和闭环传感器零安培检测精度非常相似。闭环传感器的尺寸较大，比开环解决方案占用更多PCB区域。它们还可以消耗更多的电源，因为它们需要驾驶补偿线圈并且更昂贵，因为
附加线圈和线圈驱动电路。

开环与闭环感测的选择随后是所需的准确性和响应时间之一。如果应亚博尊贵会员用程序需要高精度，则闭环电流传感器通常是一种简单且明显的选择，因为它消除了系统中上述的敏感性非线性误差。闭环的快速响应时间是必需的，以保护半导体开关，像用于控制应用程序中的电流流动IGBT和MOSFET。然后，挑战变成开环传感器，具有足够的精度和速度，即它成为这些应用程序的选项。亚博尊贵会员Allegroo开发了该技术，提供了一种开环解决方案，具有行业领先的小型尺寸，高精度和速度，比闭环解决方案的较低价格点低于闭环解决方案，使其成为新的逻辑选择。

开环传感器IC包装

Allegro电流传感器IC在最完全集成的情况下是独一无二的。采用专利的倒装芯片封装技术来创造足够的领域以消除对铁磁性的需求
核。图3显示了SOIC16电流传感器IC配置。注意电流进出包装的一侧，信号引线位于包装的另一侧。这
电流产生磁场，该磁场聚焦在图4的顶视图中看到的¾匝导体的中心。该IC被撞击，并采用倒装芯片组装技术
磁霍尔换能器的最大磁场面积。

图4的横截面视图还示出了半导体IC和电流承载导体之间没有物理接触。这提供了所需的电流隔离
在许多高电压应用。亚博尊贵会员不同的封装占用脚印将提供不同的隔离级别，如常见的UL和TUV规范UL / TUV60950-1版本
2.请参阅设备数据表//www.wangzuanquan.com/en/Products/Current-Sensor-ICs.aspx用于单独传感器的隔离额定值。这些表面安装件的导体电阻仅为1mΩ非常低。这些封装可用于连续电流，最高可达50个rms或dc，在客户PCB上具有标称热考虑因素。关于DC和瞬态电流封装热性能的详细应用说明位于以下链路上。//www.wangzuanquan.com/en/design-center/technical-documents/hall-yseSensor-publentications/dc-and-transient-current-capability-fuse-characteristics.aspx.

先进的半导体算法，提高精度和速度

allegroACS720电流传感器IC提供了新的开环技术的一个很好的例子。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一起，使得可以将先进的算法集成到单一整体集成电路上。模拟信号路径设计成在120 kHz带宽以120kHz的带宽运行，其中响应时间在大多数电机控制和绿色能量应用中运行。亚博尊贵会员对于需要亚博尊贵会员更快的响应时间来保护过流故障的应用程序，ACS720还具有用于过电流检测的数字慢故障，以及用于短路保护的非常快的数字故障电流输出。两个故障输出的跳闸点是用户可配置的，在VOC引脚上具有电阻分频器。快速故障跳闸在超过1μs的情况下持续低电平，并提供可用于保护半导体交换机从短路事件中保护的信号。这提供了大多数应用所需的高速保护。亚博尊贵会员

该传感器还集成了针对逆变器应用优化的功能，其中功率和信号板通常由不同的电源电压供电。亚博尊贵会员在ACS720内部稳压器
在5 V电源上操作，具有大的电源抑制比，可为电源导轨上的噪声提供免疫力。然而，设备的输出是非避险和兼容的
使用3.3 V供应，可以直接进入信号板上的微处理器ADC。这允许输出信号偏移和灵敏度保持稳定，即使在5 V电源上的干扰也兼容3.3V。故障引脚也开放NMOS器件和使用多相逆变器几个ACS720设备时在单个数字I / O引脚可以在逻辑上或运算在一起。

为了优化在整个温度范围的精度，IC具有集成的分段线性的主信号路径增益和偏移对温度补偿算法。

温度补偿算法

通过添加包括EEPROM技术的数字温度补偿算法，大大提高了Allegro开环电流传感器IC的精度。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
线显示在边界之间添加的线性补偿，并且实线显示了传感器输出的产生行为。在图5中通知数字补偿
与主信号路径并行发生。这允许模拟输出保持高速，而增益和偏移被补偿随着温度随时间缓慢变化而补偿。

补偿参数在Allegro工厂的线路终端测试中编程，并通过集成EEPROM，温度传感器和数字分段线性来完成
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笔记，请参阅Hall-effer Sensor IC Publication Randing页面：//www.wangzuanquan.com/en/design-center/technical-documents/hall-affect-sensor-publications.aspx.

附加申请说明，常见问题提出的问题和产品信息也可以在www.wangzuanquan.com上的Allegro网站上找到。

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。