在电流分配器配置中使用Allegro电流传感器IC扩展测量范围

在电流分配器配置中使用Allegro电流传感器IC扩展测量范围

作者：Richard Dickinson和Andreas Friedrich，Alleg雷竞技竞猜下载ro MicroSystems，LLC

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摘要

快板™ 电流传感器集成电路的特点是创新的封装技术，将低电阻铜初级电流传导路径集成到封装中。虽然这在许多方面提高了应用程序的性能，但由于包装方面的考虑，当前的级别受到了限制。

本应用说明描述了增加可测量电流范围的简单方法。这些方法包括分离被感测电流的路径。描述了器件和电路的各种选择。

介绍

所有Allegro电流传感器IC的核心元件是基于精确线性霍尔效应的磁场感应电路。对于标准型号，电路是双向的，如图1所示，允许电流向任一方向流动。

电流产生的磁场由集成霍尔IC感应并转换成比例电压。

通过电流路径与霍尔传感器的接近，设备精度得到优化。将一次电流导体集成到封装中可以非常好地控制霍尔芯片相对于电流路径的定位。然而，目前的数额，我_初级最终，可通过封装进行路由的特性受到物理和热因素的限制。

对于电流水平的测量，I_总数，大于I的最大值_初级，克服这些限制的一种优雅方法是，通过物理分割电流路径，仅测量总电流的一个良好控制部分。如图1所示，这一概念可通过在母线上开槽应用于高电流应用，也可通过使用PCB（印刷电路板）迹线或层的单独分支应用于低电流应用。雷竞技最新网址

这种方法有一个缺点。它降低了系统的电流分辨率，降低的比例与电流除以的比例相同。补偿的最佳解决方案可以根据单独的电流子路径的比例来确定。请注意，应进行校准原地，设备已经组装到PCB上，以便考虑焊点本身的任何附加电阻。

使用ACS712电流传感器IC感测一部分电流

Allegro设计了一个参考PCB，将三分之一的外加电流通过ACS712设备。如图2所示，PCB上的传导路径是一条将电流分为两个独立子路径的记录道：分流电流子路径的记录道宽度为3.0 mm，感应电流子路径的记录道宽度为5.0 mm。图3显示了产生的电流密度的模拟映射。

使用4盎司铜迹线制作参考PCB时，从A点到B点的电阻测量值小于1 mΩ，功耗小于2 W。表1比较了使用4盎司铜迹线和2盎司铜迹线制作的参考PCB的计算电阻和功耗。

制造和装配公差导致单个PCB上的感测子通路和分路子通路之间的电流分配有一些小的变化。在精度要求需要补偿这些变化的应用中，可以使用客户可编程版本的ACS712。这使得集成电路的mV/A灵敏度可以在电路板制造和组装之后进行校准。雷竞技最新网址

然而，这种系统精度的增量改进必须与集成电路中可能出现的小百分比产量损失相平衡，如果一些集成电路在客户现场没有正确编程，则可能会导致产量损失。装运后编程必然意味着设备不能在Allegro工厂进行100%的最终测试。

用于划分电流路径以测量总电流给定部分的迹线布局尺寸可使用以下等式计算（参考图4）。

鉴于：

• 我_传感器，测定I的比例_总数（一）
• 我_传感器1，感测子路径边1的长度（m）
• _{伦敦证交所2}，感测子路径边2的长度（m）
• 我_分流器，分路支路长度（m）
• Ρ_c级，铜痕量材料的电阻率（典型值）（Ω×m）
• 右_初级，装置中一次电导路径的电阻（典型值）（Ω）
• T、 痕迹厚度（典型值）（m）
• W型_传感器，感测道宽度（两侧）（m）

感测电流子路径的电阻比，R_传感器（Ω）和分流电流路径，R_分流器（Ω），由电流分配器电路的方程式定义：

哪里

和

在计算感测路径中的电阻时，重要的是要包括R_初级，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，I_传感器，总电流，I_总数，以及给定的感测路径宽度W_传感器，所需的轨迹尺寸比例可计算为分流轨迹路径宽度W_分流器，如下所示：

对于参考PCB：

• 我_传感器=一_总数/ 3
• 我_传感器1=8.5毫米
• 我_传感器2=8.5毫米
• 我_分流器=18毫米
• Ρ_c级= 2.5 × 10^–5Ω×毫米
• 右_初级=1.5米
• T=0.14毫米；4盎司铜
• W型_传感器=5毫米

然后

具有增强分辨率的均分电流

分配器配置的一个缺点是它们降低了电流传感系统的分辨率。使用两个并行的ACS712设备，水平移动和增加它们的输出，减少了分辨率的损失。示例配置如图5所示。

图6中的示意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，来自每个ACS712的信号首先通过增益为0.5的减法器子电路进行处理。此子电路从ACS712输出信号中去除典型的2.5 V偏移电压。

当如图5所示定向时，装置A和装置B相对于电流方向具有相反的极性。其中一个设备输出必须反转。通过反转设备A的输出，然后在最后的加法阶段使用反转运算放大器，整个输出信号具有正确的极性。

在最后一级单位增益的情况下，通过并联集成电路，输出信号的比例为每安培≈50毫伏，测量范围为0到30安。对此的模拟如图7所示，测试跟踪如图8所示。

分辨率将随两个有源器件的噪声叠加程度而变化。然而，根据经验测量，当使用具有不间断电流分流路径的单个ACS712时，得到的信噪比大约是实现的1.5倍。如果需要更大的输出信号范围，则可以通过改变电阻值比R8/R7来调整增益。

在分流器中使用ACS758测量高于200 A的电流

与ACS712一样，ACS758的测量范围受到可通过其集成一次电流导体（电阻为100μΩ）的电流量的限制。此外，还必须考虑磁浓缩器的饱和点。

图9显示了分流电流路径的配置，该路径在分流子路径和包含ACS758的感测子路径之间平均分配300 a。使用1 mm厚的铜母线计算，从A点到B点的分流器电阻小于100μΩ。

使用多层重量级PCB迹线是额外减少分流电流路径组件中功耗的一种选择。PCB的多层允许电流进一步分割。分配给分流电流子路径的层与感测电流子路径的层的比率确定电流的总分割。这种配置如图11所示，它提供了这种类型的PCB的平面图和横截面图。

为了适应当前部门的一些变化，可以使用客户可编程版本的ACS758。这允许在PCB组件制造之后对设备灵敏度进行编程。

使用ACS758以更高的分辨率测量高达300 A的电流

为了提高测量总电流高于200 A时的分辨率，可以并行使用两个ACS758设备来精确划分电流。输出是电平转换和相加。此配置如图12所示。可考虑测量高达300 A I_总数. 为了匹配300 a的满刻度，Allegro建议使用ACS758xCB-150。

每个ACS758的输出首先通过增益为0.5的减法器子电路进行处理。此子电路从ACS758输出中去除典型的2.5 V偏移电压。压缩单个输出信号的输出范围并对其求和的电路与图6中的示意图所示的电路相同。

当如图12所示定向时，装置A和装置B相对于电流方向具有相反的极性。其中一个设备输出必须反转。通过反转设备A的输出，然后在最后的加法阶段使用反转运算放大器，整个输出信号具有正确的极性。

在最后一级单位增益的情况下，通过并联装置，输出信号的比例为每安培≈6.67毫伏，测量范围为0至±300安。对此的模拟如图14所示。

得到的信噪比几乎是使用单ACS758和不间断电流分流路径时实现的信噪比的1.5倍。如果需要更大的输出信号范围，则可以通过改变电阻值比R8/R7来调整增益。

尽管在本案例研究中使用了ACS758xCB-150，但通过使用双ACS758-200设备，使用相同的配置和接口电路可以测量高达400 A的电流。在所有配置中，必须注意安全匹配母线尺寸和散热能力与工作电流水平。

结论

通过对分流电流路径进行仔细的电路板设计，并在需要时对组装后的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。有关分流电流路径设计的进一步帮助，请联系您当地的Allegro销售办事处，并咨询现场应用工程师。雷竞技最新网址

有关当前传感器IC产品线的更多信息，请访问Allegro网站：

• ACS712型
• ACS758型