高级霍尔效应线性电流传感器IC在混合动力电动车辆和其他高电流传感应用中启用高BW感应雷竞技最新网址
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由Shaun Milano，
雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems，LLC
摘要
已经开发出一个新的线性电流霍尔效应传感器IC以适应混合动力电动车（HEV）逆变器电流检测应用的精度和带宽要求。雷竞技最新网址该装置采用专有的SIP封装，采用下一代斩波器稳定信号调节和滤波电路，该信号组合以提供低噪声，模拟输出信号，高达120 kHz带宽。行业领先的精度水平通过引入专有的，分段，线性温度补偿，可稳定零场偏移和在完全工作温度范围内的输出灵敏度而不会影响高带宽信号路径。该设备非常适用于使用需要高频操作的核心配置的所有电流检测应用。雷竞技最新网址HEV逆变器应用程序用作本文的示例。
介绍
典型的HEV逆变器中的全桥驱动器将直流电池电压转换为3相交流电压，以驱动连接到驱动系的交流电机（参见图1）。
图1：典型的逆变器电路应用
测量逆变器的相电流，并将得到的信息用于控制脉宽调制(PWM)逆变器开关(通常为igbt)。逆变器控制回路要求高精度的高带宽电流传感器ic，以最大限度地提高电机扭矩和电机整体效率。具有快速响应时间的高边电流传感器集成电路还能实现过流保护。的Allegro™A1366线性霍尔效应传感器IC为满足混合动力逆变器应用的高带宽、高精度要求而设计。雷竞技最新网址在这些应用中，线性雷竞技最新网址霍尔效应传感器IC通常放置在铁磁“C”铁芯的间隙中，铁芯围绕着电机中的每个逆变相导体(见图2)。当电流在导体中流动时，铁芯通过单列封装(SIP)集中产生的磁场。
图2：A1366电流传感配置
Allegro的专有设计功能使A1366成为HEV逆变器，高电流电机控制或任何其他高频电流应用的理想传感器IC。雷竞技最新网址这些功能包括特殊的包装，高级斩波器和过滤技术，以及数字温度补偿算法。这些创新使行业领先，精度高，120 kHz带宽线性霍尔效应传感器IC，在HEV电流传感器应用中表现良好。雷竞技最新网址
本文将专注于下一代套餐，以及IC设计创新及其对传感器IC性能的影响。它还将包括关于核心设计的简要应用讨论。
功能说明
模拟信号路径和带宽
图3显示了A1366线性霍尔效应传感器IC的简化框图。可以清楚地看到传感器的模拟信号路径。模拟输出信号与电源电压的比率计，当施加的磁场为零时，它是名义上的VCC / 2。输出将偏离vcc / 2以正面或负方向，取决于所施加的磁场的极性或图2的核心配置中的电流方向。
图3：A1366框图
霍尔元件换能器产生一个必须以高增益放大的小信号。在环境温度变化时，高放大器使得难以创建稳定的输出信号。A1366的放大器设计可以通过BICMOS工艺实现，可与数字电路结合准确的放大器设计。增加的数字电路用于Allegro的工厂编程。可以在工作温度范围内调整增益和偏移。此外，霍尔元件和放大器阶段都是斩波稳定的，以最小化温度偏移。尽管线性霍尔效应传感器IC所需的信号增益很大，但Allegro还开发了专有的斩波稳定和切口过滤技术，尽管是线性霍尔效应传感器IC所需的大信号增益。实际上，降噪的代理大于幅度的数量级。A1366代表Allegro产生的最高带宽和最高分辨率模拟输出传感器。六种Sigma峰值噪声噪声在满120 kHz带宽下大约6 mV。
A1366的模拟输出响应时间小于4μs，足以保护IGBT器件免受过电流或短路事件。在较低的频率应用中，可以过滤输出以降低雷竞技最新网址输出上的噪声并提高分辨率。高带宽不仅可以通过模拟信号路径设计，也可以是单线封装（SIP），称为KT封装。
包装
由于大厅传感器后面的大量铜引线框架，正常SIP包装限制带宽。该金属焊盘允许在更快的Dɸ/ DT事件期间形成涡流。涡流在引线框架上产生相对的磁场。这些字段减慢了系统的响应，并反映在线性霍尔效应传感器IC的输出。Allegro Kt封装将引线框架材料直接移除，以消除霍尔元素区域的涡流。如果没有KT封装的修改，则不能进行更高的带宽操作。Allegro专有封装非常有效，并且在标准包装中使用的相同IC上的KT封装中A1366的操作带宽增加3至4倍。
在8针TSSOP封装中也提供了相同的包装改进，用于客户拥有需要表面安装焊接的机械设计的应用。雷竞技最新网址
数字温度补偿
为了提高线性霍尔效应传感器集成电路在当前传感器应用中的整体精度，许多供应商都采用了全数字信号路径。雷竞技最新网址数字滤波和信号调理的缺点是信号带宽的损失，因为数字信号处理和信号调理将传感器带宽降低到1至3 kHz范围，使它们对HEV逆变器的应用过于缓慢。雷竞技最新网址Allegro通过一种新的数字补偿方案解决了这个问题。
A1366的精度由于增加了专有的数字温度补偿算法而大大提高，该算法包括EEPROM技术。在不牺牲信号带宽的情况下，采用5个边界之间的分段线性温度补偿，大大降低了模拟信号路径的固有漂移。图4说明了该技术。该算法可以调节静态场电压输出(QVO)和灵敏度。虚线表示了QVO或灵敏度的本地漂移。虚线显示添加在边界之间的线性补偿，实线显示传感器输出的结果行为。
图4：温度补偿算法结果
A1366有一个机载温度传感器，可以确定相邻的边界。一个数字控制引擎应用适当的补偿。
由于温度变化相对于被测电流非常缓慢，因此补偿方案在后台工作，并在必要时不断调整QVO和灵敏度。这样既保持了传感器模拟信号路径120khz，又优化了设备精度。
Allegro制造组通过温度范围测试设备，并将QVO和灵敏度温度补偿系数编程到EEPROM中，从而消除了客户对最终传感器组件进行温度测试的要求。
A1366 QVO和灵敏度绝对值也在Allegro工厂编程。灵敏度的标准产品包括1、2.5、5和10 mV/G。将器件零场输出电压QVO编程为2.500 V。Allegro也有一个客户可编程设备- A1363 -这是为客户谁需要编程的设备在他们的最终应用程序。A1363提供了灵敏度和QVO绝对值的编程控制，客户可以在25ºC时在线路测试结束时编程到EEPROM中。
核心设计
如前所述，A1366线性霍尔效应传感器IC设计用于在HEV应用中的通孔配置中的铁磁芯（如图2所示）。雷竞技最新网址核心材料选择取决于以下之间的权衡：
- 信号偏移后的残余磁性;
- 频率响应;
- 应用磁场的线性与施加电流。
最常见的选择是层压钢芯。这是非常有效的成本和最大限度地减少涡流，从而允许优良的频率响应。叠层铁芯的磁滞在大多数应用中通常是可以接受的。雷竞技最新网址
铁磁芯的横截面积取决于初级导体中待感测的最大电流量。它也强烈地取决于材料的选择。必须注意确保材料在高温下不饱和并产生非线性反应。Allegro应雷竞技最新网址用程序支持适用于需要帮助核心设计和材料选择的帮助。
A1366准确性
A1366高可编程性的QVO和灵敏度，以及分段线性温度补偿改进，导致现有线性霍尔效应传感器IC的3倍至4倍。
敏感性和QVO
在本文中描述的技术结果在A1366中组合在开环传感器中产生高带宽，线性光晕传感器IC，具有几乎闭合环精度性能。有关图5和6的图表，请参见图5和6，显示QVO和灵敏度与温度的性能。该图显示典型的±3 sigma灵敏度漂移在温度小于±1％，±3 Sigma QVO分布±6 mV，通过工作温度范围为-40ºC至150ºC。
图5：QVO与温度
图6:灵敏度与温度
结论
Allegro A1366线性霍尔效应传感器IC专为高精度和高带宽应用而设计，例如HEV逆变器中的那些。雷竞技最新网址包装，斩波器稳定放大器，高级过滤和创新的数字温度补偿电路的改进相结合，提供了一种传感器IC，在开环电流传感器系统中提供具有几乎闭环性能的传感器IC。在甚至低带宽线性霍尔传感器IC中，在甚至低带宽线性霍尔传感器IC上的低误差水平现在可以在宽的操作汽车温度范围内和高达120 kHz的带宽方面实现。
文章发表于Hanser Automotive, 2015年2月。允许转载。