在电流分配器配置中使用快板电流传感器集成电路以扩大测量范围
在电流分配器配置中使用快板电流传感器集成电路以扩大测量范围
作者:理查德·安德里亚·弗里德里希·迪金森和快板微系统公司,有限责任公司亚博棋牌游戏
摘要
快板™电流传感器IC的特点是采用创新的封装技术,将低电阻铜制主电流通路整合到封装中。尽管这可以提高应用在许多方面的性能，但是封装问题局限了电流水平的范围。
此应用注释描述了数种提高可测量电流范围的简单方法。这些方法涉及分割被感应电流的路径。描述设备和电路的各种选项。
介绍
在所有快板电流传感器集成电路中,其核心元件是精确线性霍尔效应,磁场感应电路。标准型号采用双向电路（如图 1 所示），允许电流双向流动。
(一)较高电流应用
(B)较低电流应用
图 1.电流分配器配置。快板封装主要导线端子可以直接连接到汇流条,适用于较高电流应用。面板一个显示此配置,已使用ACS75x-PSS封装选项。对于较低电流应用，封装可以连接到打印电路板导线。面板B显示此配置,正在使用ACS75x-PSS封装选项。在标准型号中，电流可以双向流动。
电流形成的磁场能够被集成霍尔IC感应并转化为成比例电压。
通过将电流路径靠近霍尔传感器，实现器件精度优化。将主要电流导线整合到封装，良好地控制霍尔芯片相对于电流路径的位置。但是,能够通过封装的电流量,我主，最终受限于物理和热条件。
为测量电流强度,大于最我大主的我合计，克服这些限制的简单方法是物理分割电流路径，只测量总电流中受良好控制的部分。如图1所示,通过在汇流条上刻凹痕,此概念可以应用于较高电流应用,以及通过使用PCB(印刷电路板)导线或层的独立分支,应用于较低电流应用。
此方法存在缺点。它会降低系统的电流分辨率，降低幅度等于分流比例。根据独立电流子路径的比例可以确定最优的补偿方案。请注意,校准应在器件已组装到PCB的情况下在原位完成，以考虑焊点本身的任何额外电阻。
使用ACS712电流传感器IC感应部分电流
快板设计的参考PCB将三分之一的应用电流传输通过ACS712器件。如图2所示,PCB传导路径是将电流分割成两个独立子路径的导线:分流子路径(导线宽度3.0毫米)和传感电流子路径(宽度5.0毫米)。图 3 显示所得的电流密度的模拟映射。
图 2.ACS712 PCB导线配置,适用于1/3合计测量。ACS712安装到PCB导线,与电流感应子路径串连(与通过器件的我主一致）。
图 3.模拟电流密度,适用于1/3合计测量。使用4盎司。铜制导线在45我合计时采集数据。
当参考PCB使用4盎司。铜制导线制造时,点到B点之间的电阻小于1 mΩ,功耗低于2 w。表1比较了使用4盎司。导线和使用2盎司。导线制造的参考PCB的计算电阻和功耗。
表 1.PCB导线重量对通过1/3电流分配器的功耗的计算所得作用 |
||
|---|---|---|
导线重量 |
在45个 |
整体电阻 |
4 |
1.14 |
0.56 |
2 |
1.94 |
0.96 |
由于制造和组装误差,各个PCB上的感应子路径和分流子路径之间的电流分割会有一些小差异。在应用中如果必需补偿这些差异才能满足准确性时,可以使用客户可编程的ACS712。这允许在电路板制造和组装完成后校准IC的mV /灵敏度。
但是,系统准确性的渐进改善必须能够弥补IC中潜在的小比例产量损失,如果某些IC在客户场所没有适当编程,就可能会造成这种问题。发货后必须编程意味着我们不能在快板工厂对所有器件进行最终测试。
用于分隔电流路径以测量总电流中指定部分电流的导线布局尺寸可以使用以下等式计算（参考图 4）。
给出：
- 我Sens我,测量的合计部分(一)
- lSens1感,应子路径侧1的长度(m)
- LSens2感,应子路径侧2的长度(m)
- l分流器,分流子路径的长度(m)
- Ρc,铜导线材料的电阻率(典型)(Ω×m)
- R主,器件中主要电流通路的电阻(典型)(Ω)
- T,导线的厚度(典型)(m)
- WSens感,应导线的宽度(两侧)(m)
图 4.计算导线尺寸时使用的符号
感应电流子路径的电阻率RSens(Ω)和分流路径的电阻率R分流器(Ω),通过电流分配器电路等式计算:
其中
和
当计算感应路径的电阻时,必须包含ACS712中主要电流导线和引脚框的电阻R主。
我使用感应电流Sens我与总电流合计的给定比率,以及给定的感应路径宽度WSens,可以计算分流导线路径宽度W分流器要求的导线尺寸比率，如下：
例如,对于参考PCB:
- 我Sens=我合计/ 3
- lSens1= 8.5毫米
- lSens2= 8.5毫米
- l分流器= 18毫米
- Ρc= 2.5 × 105Ω×毫米
- R主= 1.5米
- T = 0.14 mm;4盎司。铜制
- WSens= 5毫米
然后
平均分割电流，分辨率更高
分配器配置的缺点是他们会降低电流感应系统的分辨率。并联使用两个ACS712器件,移动电平和增加其输出,减少分辨率损失。图 5 显示了样本配置。
图 5.双封装解决方案，不降低分辨率。使用两个有源ACS712封装划我分合计。
图 6 的示意图显示，电路压缩各个器件输出的输出范围，然后将他们加在一起。在输出前,各个ACS712的信号首先通过减法器子电路处理,增益为0.5。此子电路可删除来自ACS712输出信号的典型的2.5 V偏移电压。
图 6.用于合并输出的建议电路。此电路使用两个ACS7xx器件执行对称划分的电流路径,分辨率更高。
当采用如图5所示的方位时,器件一个和器件B有相对于电流方向相反的极性。其中一个器件输出必须反向。通过使器件的的输出反向,然后为最后的加法阶段使用反向运放,从而使整体输出信号有正确的极性。
通过最后阶段的单位增益,输出信号将≈50 mV /的一部分传输通过并行IC,获得30 0至测量范围。此模拟如图 7 所示，测试导线如图 8 所示。
图 7.输出的模拟。在用于合并输出的建议电路(图6)中使用ACS712器件的结果。
图 8.应用±30模式到我主,增量为6。器件的是绿色导线,器件B是红色导线。最低(蓝色)导线是用于合并两个ACS712输出的接口电路的输出。请注意,为清晰观看,信号是在示波器上移动的直流偏移。
分辨率将随着两个有源器件的噪音贡献的相互叠加程度而改变。但是,凭经验测量,所得的信噪比大约是使用单个带不间断电流分流路径的ACS712时的1.5倍。如需更大的输出信号范围,可以改变电阻比例值R8 / R7以调整增益。
在分配器中使用ACS758测量高于200的电流
正如ACS712一样,ACS758的测量范围受限于可以通过其集成主电流导线的电流量,该导线的电阻为100μΩ。而且，必须考虑其磁通聚集装置的饱和点。
图9显示分割电流路径的配置,在分流子路径和包含ACS758的感应子路径之间平均划300分。使用1毫米,厚铜制汇流条,计算所得的从A点到B点电流分流器的电阻不足100μΩ。
图 9.较高电流解决方案。在1毫米厚铜制汇流条上串连ACS758器件以均等划我分合计。
图 10.模拟电流密度,适用于1/2合计测量。使用4盎司。铜制导线在300年,一个我合计时采集数据。
使用多层重量级PCB导线可额外降低分流路径装置的功率。pcb的多层结构允许进一步分割电流。分配到分流子路径的层与感应电流子路径的层之间的比率决定着电流的总分配。此配置如图11所示,提供此类PCB的平面和横截面视图。
图 11.多层电路板的俯视图和横截面视图。此方法使用ACS758讨论封装选项,按照层的特性分割电流,将我合计中的受控部分传输通过器件。
为调整电流分割中的某些差异,可以使用客户可编程的ACS758。这允许在PCB装配完成后,对器件灵敏度进行编程。
使用ACS758测量高达300电流,而且分辨率更高。
为提高测量高于200年的总电流时的分辨率,可以并联使用两个ACS758器件,以准确分割电流。输出需移动电平和加在一起。此配置如图 12 所示。可以考虑用于测量高达300合计。300年为匹配的完整范围,快板建议使用acs758xcb - 150。
各个ACS758的输出首先通过减法器子电路处理,增益为0.5。此子电路可删除来自ACS758输出的典型的2.5 v偏移电压。压缩各个输出信号的输出范围并把他们加起来的电路与图 6 示意图所示的电路相同。
当采用如图12所示的方位时,器件一个和器件B有相对于电流方向相反的极性。其中一个器件输出必须反向。通过使器件的的输出反向,然后为最后的加法阶段使用反向运放,从而使整体输出信号有正确的极性。
图 12.较高电流解决方案。串联ACS758器件以平均分割合计。
图 13.模拟电流密度,适用于1/2合计测量。使用4盎司。铜制导线在300年,一个我合计时采集数据。
通过最后阶段的单位增益,其结果是输出信号将每安培≈6.67 mV /的一部分传输通过并行器件,获得0至300±测量范围。此模拟如图 14 所示。
图 14.输出的模拟。在用于合并输出的建议电路(图6)中使用acs758xcb - 150器件的结果。
所得的信噪比几乎是使用单个带不间断分流路径的ACS758时的1.5倍。如需更大的输出信号范围,可以改变电阻比例值R8 / R7以调整增益。
尽管此案例中使用的是acs758xcb - 150,但是通过使用两个acs758 - 200器件,与此相同的配置和接口电路可以测量最高400电流。在所有配置中，必须注意安全匹配汇流条尺寸和散热能力与工作电流电平。
总结
通过仔细设计分割电流路径,和在需要时在装配完成后对器件灵敏度进行编程,快板ACS7xx系列器件可测量更大的电流范围。如需有关分割电流路径设计的更多帮助,请联系您当地的快板销售办公室和咨询现场应用工程师。
如需有关电流传感器集成电路产品系列的更多信息,请访问快板网站: