使用Allegro Hall效应传感器IC设计用于高电流传感应用的集中器的指南亚博尊贵会员
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由Cedric Gillet和Andreas Friedrich
亚博棋牌游戏Allegro微系统有限责任公司
与任何半导体器件一样，Allegro的集成电流传感解决方案™ 报价可以限制在最大允许电流和绝缘电压，他们可以容忍。能量耗散和封装尺寸是限制参数。对于大电流应用（>200A），Allegro建议使用带有霍尔效应传感器IC的磁性集中器（图1）。该系统由一个围绕电流导体的铁磁集中器组成，设计有一个小窗口，称为亚博尊贵会员气隙，其中放置传感器IC。本文的目的是为设计大电流集中器提供基本指导。
图1.典型的高电流传感系统，具有集中器。
介绍
集中器将通过导体的电流产生的磁通线聚焦在气隙的中心，霍尔效应磁传感器IC位于该中心。集中器（也称为磁选机）的效率核心）并且因此对电流检测系统，至关重要地取决于以下因素：
- 芯材
- 核心尺寸
- 气隙
- 核心几何
以下各节将逐一详细介绍这些因素。
浓缩器材料
聚光剂材料的选择是通过微妙的损害在其渗透性，电阻率和成本之间进行的。为了将磁通线集中在传感元件上，芯必须在高电流下饱和。因此，它必须具有高渗透性相对于空气，但不如永磁体材料高，以避免暴露于高电流后的不希望的残余磁化，这产生测量滞后。铁合金如硅铁（Fesi）或Feniickel（Feni）的家族最常用于电力应用，因为它们具有高渗透性等高饱和点（图2）。亚博尊贵会员
图2。FeSi（3%）和1010钢的磁芯增益。对于相同的磁芯，FeSi产生更高的增益斜率（1g（高斯）=0.1mt（毫特斯拉））。
铁的缺点是电阻率低，容易受到涡流（感应反向电流）的影响，从而降低了频率域的电流测量精度。为了将这种影响降到最低，铁必须被合金化为导电性较差的材料，如硅。此外，建议使用厚度通常为0.3 mm的层对芯进行层压，这将显著减少涡流（层越薄，涡流越小）（图3）。每一层还必须涂上硅，以提高效率。
图3。散装材料（左）和层压材料（右）中的涡流。层压材料减少了涡流。
其他材料，例如羰基熨斗，无定形金属或铁氧体，乍一看似乎有吸引力，但由于它们随时间（羰基熨斗）或由于其较大的磁滞（无定形金属）而导致它们的磁性降低，因此不推荐。尽管铁氧体具有较低的成本和更高的电阻率（最小化涡流），但它们也具有较低的渗透性和相当低的饱和点，使它们不适用于高电流应用。亚博尊贵会员
集中器尺寸
假设圆形环形芯，其尺寸由其外径（O.D.）的尺寸限定，其内径（即）及其厚度（图4）。所有三个都定义了气隙处的核心横截面的区域。
图4.集中尺寸
在固定气隙长度（E）和横截面积下进行的磁模拟表明，最佳磁芯宽度（W）约为3至4 mm，以获得最佳磁浓度（图5）。
图5。磁场与磁芯宽度的关系。在气隙中心测量磁通密度（B）（1 G（高斯）=0.1 mT（毫特斯拉））。
额外的磁性评估表明，核心的直径越大，饱和点越高。类似地，芯的横截面越大，饱和点越高。重要的是要注意，聚光器的直径（假设恒定宽度W，在O.D.和I.D之间）不会显着影响其磁增率，而只是其饱和点（图6）。
图6.芯横截面和直径对磁场磁通密度（B）的影响。相对直径不会显着影响磁增率，但确实影响了核心的磁饱和点。
显然，浓缩器直径和横截面应与应用允许一样大。此外，建议在电流导体和浓缩器之间留下至少3至4mm的间距，以确保浓缩器在更高的电流下不饱和。
浓缩器气隙
气隙（E）的长度是集中器设计的关键参数，因为它直接定义了系统的增益。气隙（在恒定的横截面积）越小，增益越高。然而，如果气隙太窄，则芯的残余磁滞变得显着，从而降低了较小电流的精度性能。推荐的气隙在3到5毫米之间。空气隙明显必须调整到传感器封装厚度。图7报告了具有不同气隙的集中器的不同收益。
图7。气隙对磁场磁通密度的影响。较小的气隙会产生较大的磁增益，但在较小的气隙处出现的饱和点会限制电流感应范围。
集中器几何
只要集中器将磁通线聚焦在传感元件上，集中器的几何结构就不会对系统产生巨大影响。通常，磁芯是圆形的，以将磁通线集中在一个方向上，并避免角度效应，但矩形集中器也可以使用。对于矩形磁芯，建议将磁芯的内角磨圆，以避免磁集中效应（图8）。在铁心的外侧，圆角不太相关，因为这些拐角离导体更远。
图8.矩形集中器配置。相同的设计规则适用于圆环集中器。另外，内角和任选的外角必须圆形以避免角度效应。
结论
应通过应用以下规则优化用于高电流传感应用（> 200a）的集中器的设计：亚博尊贵会员
- 铁心应采用硅铁或芬尼铁。
- 磁芯必须层压并涂上硅材料。
- 芯直径应尽可能大，具有较大的固体材料横截面（最小25 mm2）。
- 集中器的宽度应该在3到4毫米左右。
- 在核心和导体之间保持3至4 mm的最小间距距离。
- 气隙应为3至5 mm。
- 非圆形聚光器形状必须尽可能在内角圆形。
KT封装中的Allegro线性传感器IC，例如A1363LKT型，非常适合这些大电流传感系统。