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下一代大功率密度CB封装电流传感器的增强型性能

2018-10-25
Maxwell McNally

  本文介绍了Allegro MicroSystems(以下简称Allegro)的新型大电流ACS772霍尔效应电流传感器集成电路的应用原理,并概述其先进功能以及针对先前Allegro大电流传感器的改进。

  ACS772 是Allegro长期供货的一系列大电流测量器件中的最新产品。ACS772采用Allegro专有的CB封装,具有超高功率密度、高浪涌电流容量,并具有厂家编程选项,电流测量范围为50~250A。CB封装可以通孔直接焊接到印刷电路板上,该器件具有很高隔离度,无需使用光耦合器等昂贵的隔离技术。

  ACS772具有增强型带宽200kHz,比其前身ACS770高出约80kHz。ACS772不仅能更快地响应电流瞬变,而且通过专有补偿技术,它还具有更高的精度和最小的寿命周期漂移。由于采用相同的引脚排列和器件操作方式,ACS772可以直接插入替代原来的ACS770和ACS758。

  CB封装和隔离

  CB封装的内部配备铁磁体集中器,能够将载流线产生的磁场引导到霍尔元件的敏感平面。图1显示了组成CB封装的各种组件。穿过引脚框的电流产生磁场,由集中器器引导到IC。信号引脚从整体成型封装伸出,以连接外部电路。

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  图1:CB封装内部结构。

  霍尔效应电流传感器的本质决定了器件具备固有的隔离特性,这是因为载流引脚框架不需要以电气方式连接IC。封装内的整体成型化合物还使IC和引脚框的信号引脚绝缘。CB封装已通过UL规范60950-1认证,如相关数据表中所示,额定值为4800VRMS 60秒。

  总输出误差与生命周期漂移

  在可能的情况下,需要针对具体应用进行校准,但这可能成本高昂,并且仅限于客户的线端生产系统。为此,Allegro设计出ACS772,它具有迄今为止所有CB电流传感器的最低寿命周期漂移。为了实现ACS772的最小寿命周期漂移,Allegro设计了指定总输出误差漂移的新方法。ACS772指定了包括寿命周期漂移的总输出误差,因此无需为标称误差指定添加漂移值。

  温度额定值

  Allegro电流传感器IC的最高结温(TJ(MAX))为165°C,所有ACS772器件均在150°C的环境温度(TA)下进行测试。只要不违反最高结温规格,器件就可以在最高环境温度下安全工作。对于持续高电流应用中的器件,TA值会降级,因为预计阻性加热会使内部温度接近最大结温。如表1所述,这些温度代码直接出现在设备编号后面的部件名称中:ACS772LCB-050B-PFF-T.

 

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  表1:Allegro温度代码。

  电源电压等级

  Allegro对ACS772进行了优化,并在生产中进行编程,工作电压为5V。ACS773采用与3.3V电源轨相同的方式进行优化。有关详细信息,请参阅Allegro网站的器件数据表。

  ACS772和ACS773系列拥有针对5V和3.3V电源优化的器件,可替代Allegro的任何老款器件,包括ACS758、ACS759和ACS770。

  欠压锁定

  欠压锁定(UVLO)可防止ACS772在其优化电压范围之外工作;它还为系统提供有关电源电压降的诊断能力。为了使ACS772和ACS770正确加电,电压必须超过锁定阈值(VUVLOH))并在预定时间((tUVLOD)内保持在该电平之上。如果器件未正确供电,输出将保持接地。此外,如果电源电压低于另一个阈值(VUVLOL)足够长(tUVLOE),输出将接地,并且器件必须重新供电。0V输出电压超出器件的预期范围,可能表示传感器在电源电压规格之外工作。这是针对5V器件(ACS772)。

  而3.3V ACS773具有加电重置(POR)功能。这主要以相同的方式起作用,但在低于下限时没有计时器。器件立即关闭并进入高阻态。

  成比例输出

  ACS772/3的比例输出根据电源电压的变化进行调整。由于VCC的变化,基于与电流传感器IC相同电源电压的ADC应用具有更小的测量误差。ACS758、ACS770和ACS772的整个高电流产品系列,具有可提供这种增强性能的比例输出。

  带宽和响应时间

  与之前型号的120kHz带宽相比,ACS772/3的带宽增加到200kHz。这允许器件更快地响应电流瞬变,这在图2中突出显示,而响应时间参数的确切值在表2中进行比较。

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  图2:ACS770和ACS772的阶跃响应。

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  表2:响应时间比较。

  噪声性能

  可以预期,更高的带宽需要更高的噪声,但ACS772不仅具有更高的带宽,而且还具有与ACS770类似的噪声性能。下面表3比较了典型的噪声值,并计算了ACS772的200kHz和120kHz滤波操作。

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  表3:噪声比较。

  图3非常明显的展示每个器件的噪声,其中对噪声密度进行了比较。所有这些器件的额定值都是150A,并具有相同增益13.33mV/A。

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  图3:ACS758、ACS770和ACS772噪声比较。

  结论

  采用CB封装的Allegro下一代ACS772和ACS773器件可在整个使用寿命周期内,并且在较宽的工作温度范围内提供更快的响应时间和更高的精度。这些传感器非常适合需要下一代更高性能的应用,并提供各种电流范围和电源电压,以满足具体应用的需求。完全相同的封装和操作使ACS772和ACS773可以直接替代Allegro原有的ACS758、ACS759和ACS770器件。