微包装线性电流传感器IC

初级导电电阻仅为0.6MΩ可降低功耗

肖恩·米兰
亚博棋牌游戏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。亚博尊贵会员

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，红色是霍尔元素，绿线代表磁通量，
蓝色是感测的电流路径

包装

霍尔电流传感器IC一圈，没有磁芯不会产生大磁场，因此将霍尔传感元件放置在感测电流附近是一种吸引力的方法。围绕导体的磁通量可以仅是百士（10mt）或更小，并且这种情况会随着霍尔元件与导体的距离快速减小。

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。

采用经典倒装芯片技术，这使得与信号电路的必要连接，并支持引线框架上的电流导体上方的芯片。初级电流路径通过专利的暴露电流环设计有效地通向霍尔元件，终端直接焊接到PCB迹线。利用与导体的如此紧密的磁耦合，信号灵敏度最大化，并且该装置可以产生90 mV / a和45 mV / a，用于感测15a和31个全刻度电流，并且传感器IC仅需要3.3V供电。

倒装芯片技术还允许壳体成型塑料填充初级电流承载导体和模具表面和器件信号引线之间的小空间，提供电流（电压）隔离。利用该装置的吸引力小尺寸，包装仅提供隔离，仅提供低于主电源线电压的电压值。ACS711已针对低电压电路进行优化，<100 V，例如：48 V太阳能电路，通信和消费电子和音频应用。亚博尊贵会员该器件还经济地组装成成品，在住宅和商业白品家电和一般使用电机驱动器中具有优异的低侧传感应用。亚博尊贵会员

尽管它的尺寸很小，ACS711可以在QFN封装中感测相对较大的电流，高达±31 A.感测电阻功率耗散在较高电流范围内显着，并在IC包中进行这种电流水平是传统的限制。QFN封装用安装表面上的两个大焊盘解决了这个问题，并仔细细节到主感测电流导电环的形状。该设计使用包装内的大量铜导线形成感测电流回路，而无需粘合线。QFN中的初级导电电阻仅为0.6MΩ，比低侧传感配置中使用的大多数感测电阻的数量级。这降低了功耗，并且30 A的典型功耗仅为0.54W，在15A时仅为0.135W。这不仅对系统效率进行了贡献，而且还允许设备即使在电流升高的电流下保持凉爽。如果客户更喜欢某些应用程序的带铅包，则ACS711产品也可提供伴侣包，SOIC-8。亚博尊贵会员请参阅www.wangzuanquan.com的Allegro网站以获取更多线性电流传感范围可用。

焊接和热特性

尽管有低功耗，但甚至较低的热阻比相对较小，3毫米固有地提供的热阻²QFN包是必需的。在印刷电路板（PCB）上的宽，高速通风铜迹线足以帮助您的设备进行正确设计，以帮助冷却设备。一个例子如图3所示，ACS711原型板上的布局可从Allegro获取。请注意，两个大焊盘区域，4.5毫米，仅略大于非常小的QFN封装大纲。在这个板上，两层4盎司。使用铜，通过热通孔连接（如果需要，可以填充或消除QFN下的那些）以增强热性能。如有必要，QFN下方的通孔可以填充或消除，因为一些客户在生产环境中发现这难以实现这一客户。Fallegro提供了PCB安装的进一步设计细节和指导。

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

使用图3的Allegro PCB，在一系列感测电流水平上进行了温度测量。图4显示了结果。该图表明，在85°C的环境温度下，传感器IC封装可以承受45个连续电流，然后达到最大推荐的结（模具）温度，165°C。采用适当的PCB设计，可以在85°C环境温度下安全地使用该装置在85°C的连续应用中，在达到165°C的模具温度之前，安全性约为50°C。亚博尊贵会员

图4.安装在PCB上的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，从而能够测量双向电流流量，既有AC和DC。在零电流水平，输出电压信号是电源电压的一半。

ACS711传感器IC还集成了工厂编程的快速响应数字故障输出，具有1.3μs响应时间。它设定为传感器IC的最大电流额定值的100％。该快速故障信号可用于防止在短路或过电流条件下破坏IGBT或其他开关装置，或者在电机控制应用中的冗余故障特征。亚博尊贵会员

具有运算放大器解决方案的感测电阻的另一个固有缺点是在温度变化的精度下降，因为感测电阻值变化。基于霍尔的传感器IC不受此错误的影响，因为通过在导体中流动的电流产生的磁场不是温度依赖性。Allegro ACS711通过应用先进的双CMOS工艺，通过内置斩波电路的应用来提供额外的保护，防止封装热应力，以补偿霍尔元件偏移电压的变化。ACS711传感器IC的完全集成架构进一步允许在Allegro终端生产测试中进行调整编程，以进一步减少增益和偏移中的误差，提供更准确的传感解决方案。

概要

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。亚博棋牌游戏亚博尊贵会员

工厂编程在该IC中提供高精度，具有集成的快速响应故障输出。这些技术共同为您的应用提供了最小的电流传感足迹，而不会损害精度。

图5。ACS711的典型应用电路

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