在电流分压器配置中使用Allegro电流传感器ic扩展测量范围

在电流分压器配置中使用Allegro电流传感器ic扩展测量范围

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

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抽象的

Allegro™电流传感器IC的特点是创新的包装技术，可将低电阻铜初级电流传导路径集成到包装中。虽然这在许多方面增强了应用的性能，但是通过包装注意事项施加了当前的水平限制。

此应用笔记介绍了增加可测量电流范围的简单方法。这些方法涉及分离所感测的电流的路径。描述了设备和电路的各种选项。

介绍

所有Allegro电流传感器IC的中心元件是一种基于精密线性霍尔效应的磁场传感电路。对于标准型号，电路是双向的，如图1所示，允许在任一方向上流动。

由电流产生的磁场由集成霍尔IC感测并转换成比例电压。

通过电流路径的电流传感器的靠近优化，通过电流路径的近距离优化设备精度。初级电流导体进入包装的集成允许霍尔芯片相对于电流路径极宽控制的定位。但是，当前的金额，我_基本的，最终会受到物理和热因素的限制。

为了测量当前的水平，I_合计，比我的最大值大_基本的，克服这些限制的一种优雅的方法是，通过物理拆分电流路径，只测量总电流中可控的部分。如图1所示，这个概念可以通过在母线上刻痕来应用于大电流的应用程序，并且可以通过使用PCB(印刷电路板)轨迹或层的单独分支来应用于小电流的应用程序。雷竞技最新网址

这种方法存在缺点。它将系统的当前分辨率与电流分开的比例相同。可以确定用于补偿的最佳解决方案，以确定单独的电流分板的比例。请注意，应完成校准原位如上，该装置已经组装到PCB，以考虑焊点本身的任何额外电阻。

利用ACS712电流传感器芯片检测部分电流

由Allegro设计了一个参考PCB，其通过ACS712设备路由施加的三分之一。如图2所示，PCB上的导通路径是将电流分成两个单独的子路径：分流电流子路径，带有3.0 mm的宽度，宽度为5.0 mm。图3显示了所得电流密度的模拟映射。

当参考PCB用4盎司制造时。铜迹线，从点A到点B的电阻小于1mΩ，功耗小于2W。表1比较了用4盎司制造的参考PCB的计算电阻和功耗。痕迹和2盎司。痕迹。

制造和组装公差在感测子路径和单个PCB上的分流子路径之间的电流分割中导致一些小变化。在准确雷竞技最新网址性要求使必要补偿这些变体的应用中，可以使用ACS712的客户可编程版本。这允许在制造和组装后校准IC的MV /敏感性。

然而，这种系统精度的增量提高必须与集成电路中可能出现的少量产量损失相平衡，如果某些集成电路在客户现场没有正确编程，可能会导致这种损失。出货后的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的给定部分的路径布局尺寸可以使用下面的公式计算(参考图4)。

给出：

• 一世_sens， I的测量比例_合计（一种）
• L._Sens1.，感觉子路径边长度1 (m)
• _LSens2，感测亚路侧的长度2（m）
• L._分流器，分路子路径长度(m)
• ρ_C，铜微量物质的电阻率(典型)(Ω×m)
• R._基本的，设备中的初级电导路径的电阻（典型）（ω）
• T，厚度（典型）痕迹（m）
• W._sens，感测迹线（两侧）宽度（m）

检测电流子路径的电阻R的比值_sens（ω），以及分流电流路径，R_分流器(Ω)，由分流电路方程定义:

在哪里

和

在计算感测路径中的电阻时，重要的是要包括R_基本的，即ACS712中初级电流导体(引线框)的电阻。

对于给定的感觉电流比例，我_sens，总电流，我_合计，以及给定的感觉路径宽度，w_sens，可计算出分流道径路宽度W所需的道尺寸比例_分流器,如下所示:

已知，参考PCB:

• 一世_sens=我_合计/ 3
• L._Sens1.= 8.5毫米
• L._Sens2.= 8.5毫米
• L._分流器= 18毫米
• ρ_C= 2.5 × 10⁵Ω×毫米
• R._基本的= 1.5米
• T = 0.14 mm;4盎司。铜
• W._sens= 5毫米

然后

利用增强的分辨率平分电流

分频器配置的缺点是它们降低了电流传感系统的分辨率。并行使用两个ACS712设备，级别换档和添加其输出，降低了该分辨率的损失。示例配置如图5所示。

图6中的示意图示出了压缩各个设备输出的输出范围的电路，然后将它们放在一起。在输出之前，首先通过增益为0.5的减法器子电路处理来自每个ACS712的信号。该子电路从ACS712输出信号中去除典型的2.5V偏移电压。

当如图5所示定向时，装置A和装置B具有相对于电流方向的极性。其中一个设备的输出必须是反向的。通过反转器件A的输出，然后使用反相运算放大器进行最终添加阶段，整体输出信号具有正确的极性。

在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有≈50mV/安培通过并联IC的比例，产生0到30的测量范围。仿真在图7中示出，图8中出现了测试迹线。

分辨率将随着来自两个有源器件彼此叠加的程度而变化。然而，已经经验测量，当使用具有不间断电流分流路径的单个ACS712时，产生的信噪比大约实现了大约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来调节增益。

用分流器中的ACS758测量200a以上的电流

与ACS712一样，ACS758的测量范围受到可以通过其集成初级电流导体的电流量的限制，其电阻为100μΩ。此外，必须考虑其磁集聚器的饱和点。

图9显示了在分流子路和包含ACS758的检测子路之间均匀分配300a的分流电流路径的配置。使用1mm厚的铜排计算A点到B点的电流分压器电阻小于100 μΩ。

使用多层重量的PCB迹线是一种选择，用于在分流电流路径组件中散流的额外减少。多层PCB允许进一步分割电流。分配给分流电流suppath的层与感测电流子路径的层的比率确定了当前的总分割。这种配置如图11所示，其提供了这种类型的PCB的平面和横截面图。

为了在当前划分中调整某种可变性，可以使用ACS758的客户可编程版本。这允许在PCB组件制造之后编程设备灵敏度。

使用ACS758测量高达300 A的电流，通过增强的分辨率

为了增强在高于200a的总电流的测量中，两个ACS758器件可以平行使用，以精确地除以电流。输出级别移位并加在一起。此配置如图12所示。可以考虑测量最多300个I_合计。为了匹配300a的全规模，Allegro建议使用ACS758XCB-150。

首先通过增益为0.5的减法器子电路处理来自每个ACS758的输出。该子电路从ACS758输出中消除了典型的2.5V偏移电压。用于压缩各个输出信号的输出范围的电路和总和与图6中的示意图中所示的电路相同。

当如图12所示的定向时，器件A和器件B相对于电流的方向具有相反的极性。其中一个设备的输出必须是反向的。通过反转器件A的输出，然后使用反相运算放大器进行最终添加阶段，整体输出信号具有正确的极性。

在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有通过并联器件的≈6.67mV/每种安瓿的比例，产生0到±300的测量范围。模拟如图14所示。

产生的信噪比几乎在使用单个ACS758具有不间断电流分流路径时实现的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来调节增益。

虽然本案例研究中使用了ACS758xCB-150，但通过使用双ACS758-200器件，可以使用相同的配置和接口电路测量高达400 A的电流。在所有配置中，都必须注意安全匹配母线尺寸和散热能力与运行电流水平。

结论

通过仔细的板式设计分流电流路径，并通过组装后的编程设备灵敏度如果需要，Allegro ACS7XX系列的设备可用于测量扩展电流范围。为了进一步提供分流电流路径设计，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

访问Allegro网站有关当前传感器IC产品线的更多信息：

• ACS712.
• ACS758