一种微封装线性电流传感器芯片

一次导体电阻仅为0.6 mΩ，可降低功耗

肖恩·米兰
雷竞技竞猜下载Allegro微系统有限责任公司

线性电流传感器ICACS711型，封装在一个0.75毫米厚的薄型封装中，尺寸仅为3毫米×3毫米！它是专为低压侧和小于100伏的传感应用需要5 A至30 A的连续电流传感。雷竞技最新网址

传统上，电流感测是通过感测电阻或电流互感器来完成的，这些电阻或电流互感器可以占用很大的PCB面积。从10到50兆欧的感测电阻值可以在更高的电流下消耗大量的功率，从而降低整个系统的效率，而电流互感器消耗大量的PCB不动产。霍尔效应传感器集成电路已被用来提供一种非接触的方法来测量导体中的电流，并提供与导体中的电流成比例的电压信号。

Allegro公司的新型电流传感器IC™ 微系统公司的ACS711（图1和图2）解决了尺寸问题，其占地面积非常小，3毫米乘3毫米，导体电阻仅为0.6兆欧，与典型的感测电阻运算放大器解决方案相比，其功耗降低了一个数量级。电流传感器集成电路的完全集成允许Allegro的工厂编程，提供更精确的解决方案，同时通过减少载流导体中的功率损耗提供小尺寸和更高效率的额外好处。

图1。ACS711 QFN封装尺寸，与美国。
10美分硬币

图2。具有QFN结构的ACS711设备：黄色为IC
芯片，红色是霍尔元件，绿色线代表磁通量，
蓝色是感应到的电流路径

包装

单匝无磁芯的霍尔电流传感器集成电路不会产生大的磁场，因此将霍尔传感元件放置在靠近被测电流的位置是一种很有吸引力的方法。导体周围的磁通量可能只有100高斯（10mt）或更小，并且随着霍尔元件与导体的距离而迅速减小。

为了优化性能，ACS711设备采用Allegro专利倒装芯片磁场传感技术，如图2所示。倒装芯片的使用允许在硅表面上的集成电路的霍尔传感器部分（如图2中的红色方块所示）的活动区域被放置在最接近主导体的位置。这使得信号耦合良好。

采用经典的倒装芯片技术，与信号电路进行必要的连接，并将芯片支撑在引线框架上电流导体的上方。一次电流路径通过专利的暴露电流回路设计有效地传导到霍尔元件，终端直接焊接到PCB迹线。通过与导体如此紧密的磁耦合，信号灵敏度最大化，装置可以产生90 mV/A和45 mV/A，用于感测15 A和31 A满标度电流，传感器IC只需要3.3 V电源。

倒装芯片技术还允许外壳模塑塑料填充初级载流导体与模具表面和设备信号引线之间的小空间，提供电流（电压）隔离。由于该装置尺寸小，因此仅在电源电压值低于干线电压时提供隔离。ACS711已针对<100 V的低压电路进行了优化，例如：48 V太阳能电路、通信、消费电子和音频应用。该设备还可以经济地组装成成品，非常适用于家用和商用白色家电的低侧传感应用以及通用电机驱动器。雷竞技最新网址

尽管ACS711的体积很小，但它可以在QFN封装中检测到相对较大的电流，高达±31 A。在更高的电流范围内，检测电阻器的功耗非常显著，在IC封装内外传导这种电流水平一直是传统的限制。QFN封装解决了这个问题，在安装表面上有两个大的焊盘，并且对初级感应电流传导回路的形状进行了仔细的分析。这种设计在封装中使用大量的铜导线来形成感应电流回路，而不需要连接线。QFN中的一次导体电阻仅为0.6mΩ，比低侧感测配置中使用的大多数感测电阻器小一个数量级。这降低了功耗，30 A时的典型功耗仅为0.54 W，15 A时的功耗仅为0.135 W。这不仅有助于提高系统效率，而且允许设备即使在高电流下也能保持冷却。如果客户在某些应用中更喜欢含铅封装，那么ACS711产品还提供SOIC-8配套封装。请访问Allegro网站www.wasanxing.com提供更多线性电流感应范围。雷竞技最新网址

焊接和热特性

尽管功耗很低，但与相对较小的3mm²需要QFN包。如果设计得当，印刷电路板（PCB）上宽而大电流的铜线足以帮助冷却设备。图3显示了一个示例，Allegro提供的ACS711原型板上的布局。请注意，两个大的焊盘区域，4.5毫米宽，只是略大于非常小的QFN封装轮廓。在这个电路板上，使用两层4盎司的铜，通过热通孔连接（QFN下的通孔可以在必要时填充或消除），以提高热性能。如果需要，QFN下的过孔可以填充或消除，因为有些客户发现在生产环境中很难实现这一点。更多设计细节和PCB安装指南可从Allegro获得。

图3。QFN电流传感器IC（Allegro）的PCB布局
板85-0528）

使用图3的Allegro PCB，在一系列感应电流水平上进行温度测量。图4显示了结果。该图显示，在85°C的环境温度下，传感器IC封装在达到最大推荐结（芯片）温度165°C之前可以承受45 A的连续电流。通过正确的PCB设计，该器件可以在85°C的环境温度下安全地用于30 A的连续电流应用中，在达到165°C的模具温度之前，具有大约50°C的安全裕度。雷竞技最新网址

图4。印制板上QFN的热性能

设备特性、故障输出和精度

电压信号取决于电流的方向，可以测量交流和直流的双向电流。在零电流水平下，输出电压信号为电源电压的一半。

ACS711传感器IC还集成了工厂编程的快速响应数字故障输出，其响应时间为1.3μs。设置为传感器IC最大额定电流的100%。这种快速故障信号可用于防止IGBT或其他开关设备在短路或过电流条件下损坏，或作为电机控制应用中的冗余故障特征。雷竞技最新网址

使用运算放大器解决方案的感测电阻器的另一个固有缺点是随着温度的变化而降低精度，因为感测电阻器的值会发生变化。霍尔传感器集成电路不受此误差的影响，因为在导体中流动的电流产生的磁场与温度无关。该Allegro ACS711提供额外的保护，针对封装热应力，通过应用先进的双CMOS工艺与内置斩波电路，以补偿霍尔元件偏置电压的变化。ACS711传感器IC的完全集成架构进一步允许在Allegro生产线测试结束时进行调整编程，以进一步减少增益和偏移误差，提供更精确的传感解决方案。

摘要

先进的Allegro专利倒装芯片封装线性霍尔集成电路已允许创建一个微型，3毫米×3毫米完全集成电流传感器设备，Allegro微系统ACS711，只有0.6兆欧的内阻，在一个封装，可以真正采取的热量。与适当的PCB设计一起使用，该设备可用于连续电流超过30A的应用，同时与现有的感测电阻器解决方案相比，功耗降低了一个数量级。雷竞技竞猜下载雷竞技最新网址

工厂编程提供了高精度的集成电路，集成快速响应故障输出。这些技术结合在一起，在不影响精度的前提下，为您的应用程序提供最小的电流感应足迹。

图5。ACS711的典型应用电路

本文件中包含的信息不构成Allegro就本文件主题向客户作出的任何陈述、保证、保证、担保或诱因。所提供的信息不能保证基于此信息的过程是可靠的，或者Allegro已经探索了所有可能的故障模式。客户有责任对最终产品进行充分的鉴定测试，以确保其可靠并满足所有设计要求。