表面贴装电流传感器集成电路的直流和瞬态电流容量/熔断特性
表面贴装电流传感器集成电路的直流和瞬态电流容量/熔断特性
Alex Latham和Scott Milne，
亚博棋牌游戏
介绍
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems提供广泛的集成导体电流传感器IC解决方案产品系列。这些产品可用于测量各种应用中的电流，包括电机控制、逆变器、负载检测和管理以及过电流故障检测。对于正常工作电流高达80A的应用，Allegro提供了许多标准表面亚博尊贵会员贴装封装中的电流传感器IC，如SOIC-8、SOICW-16、QSOP-24和QFN[1]。由于它们的集成导体，这些传感器IC与它们所测量的电流串联放置。集成导体的电阻特别低（1.2 mΩ到小于0.3 mΩ，具体取决于封装），因此在正常工作条件下，它们产生的热量非常少。然而，与电流路径中的所有元件一样，了解它们在短路、浪涌电流或其他瞬态条件下承受高于额定额定容量的电流时的行为非常重要。
图1：传感器IC比较
执行的测试和结果限制
本研究的重点是基于SOIC-8、SOICW-16和QFN的电流传感器ic Allegro。值得注意的是，这些封装的内部结构可能因产品而异，即使它们使用相同的通用SOIC-8或SOICW-16封装外形。具体而言，测试的包装和相关产品如表1所示。
| 包裹 | 导线 | 产品 |
| SOIC-8型 | LC1:1.2兆欧 | ACS711KLC公司 |
| ACS712型 | ||
| ACS713型 | ||
| ACS714型 | ||
| ACS715型 | ||
| ACS724LLC公司 | ||
| ACS725LLC公司 | ||
| ACS730KLC公司 | ||
| ACS71240型 | ||
| LC2:0.65兆欧 | ACS722LLC公司 | |
| ACS723LLC公司 | ||
| SOICW-16型 | LA:1兆欧 | ACS710型 |
| ACS716型 | ||
| ACS720型 | ||
| ACS732KLA型 | ||
| ACS733KLA型 | ||
| 毫安：0.85兆欧 | ACS717型 | |
| ACS718型 | ||
| ACS722KMA电源 | ||
| ACS723毫安 | ||
| ACS724毫安 | ||
| ACS725毫安 | ||
| ACS732KMA型 |
||
| ACS733毫安 |
||
| ACS71020型 | ||
| MC:0.265兆欧 | ACS724型 |
对每个包装进行以下试验：
| 大电流脉冲特性 （保险丝特性） |
达到165°C模具温度与电流的时间 |
| 熔断电流导体开路与电流的时间 | |
| 直流电流能力 | 模具温度与直流电流和环境温度的关系 |
除非另有说明，此处提供的所有数据都是在室温下收集的，这些数据是焊接到Allegro开发的特定于产品的演示板上的2. 散热特性，特别是在中等电流（<150 A）下，将根据电流传感器IC附近用于高电流记录道的PCB布局而变化。其他因素，例如PCBA是否用保形涂层封装（即，如果它是“封装的”）以及PCBA放置的外壳，都会影响系统的热特性。本研究的目的是比较和对比上述各种产品系列的相对性能，并大致了解每个包装能够承受的电流水平和持续时间。这些部件的高载流能力应在其使用的具体应用条件下进行验证。
试验结果
大电流脉冲特性（保险丝特性）
当Allegro的集成导体电流传感器IC暴露在高电流下时，可能会出现两种不同的故障模式。根据流过导体的电流大小和持续时间，可能会出现以下任一或两种故障模式：
- 模具可能会因热暴露而损坏，如果模具温度高于165摄氏度。
- 一次导线将充当保险丝并断开。
图2显示了LC1封装（ACS712/3/4/5和ACS724/5设备）这些故障模式的时间与电流曲线。蓝色曲线表示导线保险丝断开的时间，黑色曲线表示模具达到165°C的时间。在中等电流（<150 A）下，这些传感器IC在熔断前会过热，这意味着在这些电流水平下，PCB布局和应用程序组装会对失效时间产生重大影响，因为它们可以帮助或阻碍热量从传感器IC流出。对于更高的电流瞬变（>150 A），传感器IC在模具过热之前倾向于熔断。这些事件的熔断时间主要取决于集成导体的尺寸和形状，不同应用的熔断时间差别较小。最终，应保持在安全操作区域内，低于熔合和过热曲线，图3显示了每个测试包的安全操作区域。
图2:LC1（SOIC-8）封装类型的保险丝和过温时间与电流
除了故障点之外，传感器集成电路熔断时的故障行为也很重要。一般来说，当集成导体熔断时，导体最薄的部分会碎裂，封装可能会破裂。在进行的所有测试中，当设备在过热前熔断时，故障不会导致设备的一次侧和二次侧之间出现任何短路。但是，如果包装损坏，设备的隔离等级将受到影响。
图3：安全操作区域-模具温度达到165°C或保险丝（以先发生者为准）与电流的时间。
同样重要的是要注意，如果在熔合前包裹过热，熔合事件将更加激烈。这些类型的故障发生在图2的浅灰色区域（超出安全操作区域），因为这是在熔合前使包装过热的地方。在这些情况下，存在显著的热量，在这些条件下，对任何过电流事件的反应都将更加强烈。图4显示了每个测试包的熔断时间，以供参考。但是，必须指出的是，零件只能在图2和图3所示的安全操作区域内操作。
图4：熔断时间-一次导线熔断所需的时间。
直流电流能力
类似于对不同大小和持续时间的高电流脉冲响应的差异，IC、PCB布局的物理特性相同，应用组件将影响设备处理连续电流的能力，并将模具温度保持在165°C以下。影响零件安全承受大连续电流能力的另一个因素是环境温度。图5显示了每个被测封装的芯片温升与直流电流的关系。可将其添加到环境温度中，以确定绝对模具温度，允许在模具超过165°C的绝对最大温度之前，确定给定环境温度下的最大允许电流。例如，如果环境温度为45°C，通过ACS723LLC（LC2封装）的持续电流为50 A，则封装内的估计模具温度将达到115°C的稳态值（45°C环境温度+70°C温升）。
图5：每个封装类型的模具温度与电流的增加
图6：每种封装类型的持续电流与环境温度
1对于需要亚博尊贵会员大于50 A的应用，请参阅50至400安培集成导体传感器集成电路更多信息。
2演示板Gerber文件可在每个传感器的频率问题部分在线获得。