高效电流传感霍尔传感器集成电路的新方法，节省电源和空间

高效电流传感的新方法:集成霍尔传感器集成电路节省电源和空间

由Alihusain Sirohiwala
亚博棋牌游戏快板微系统公司有限责任公司

集成霍尔效应电流传感器技术的最新进展提供了一种替代的电流传感解决方案，降低了功耗损耗，实现了大多数成本目标，并在应用印刷电路板上占用了更小的体积。

电流传感电阻和放大器

传统的电流检测技术将一个检测电阻与承载被测电流的导体串联起来。还需要一个放大器，以便当电流流过电阻时，产生的电压可以用来测量输入电流。检测电阻的值(通常为1 ~ 100mΩ)取决于要检测的最大目标电流。当电流被施加时，较小的检测电阻值产生较低的信号电压。

电阻-放大器传感电路被实现为一个分流电路，在负载的低侧(近地电位)或高侧(近供应电位)上承载施加的电流。高边电流传感允许对地电位的短路条件进行检测，并且在很大程度上不受地电位扰动的影响。当多个低侧电流检测电阻并联(以减少功率损耗)时，地电位扰动成为一个更大的问题，因为这会导致寄生地回路。高边传感的缺点是，依赖于高边电压，放大器电路必须能够工作于高共模输入电压信号，这使得设计更加复杂，解决方案更加昂贵。低侧传感放松了放大器电路的共模输入要求，但它也更容易受到系统地电位的干扰，而且它不能检测从电源到地电位的短路情况。

在感测电阻实现中，测量精度很大程度上受到感测电阻的温度系数TC和输入偏置误差V的限制_OSI，放大器的。较小的值感电阻通常会导致精度性能下降，因为放大器的输入偏置误差现在在放大器输入端的应用信号中占了更大的百分比。使用更大的值感电阻，虽然有利于输出精度，但导致更高的功耗。因此，设计的感应电阻器值通常是根据感应精度和功率耗散之间的权衡而选择的。

考虑低压侧应用的典型电流检测电阻器值约为20 mΩ。亚博尊贵会员对于30a连续电流检测应用，电阻损耗的功率损耗为:

P_D＝我²R= (30)²× 0.02 = 18 w
= = (30) × 0.02 = 18 w
= = (30) × 0.02 = 18 w

这种能量以热量的形式散发，通常需要使用更大、更贵、高瓦数的电阻，这些电阻采用特殊的热技术，如散热器安装和外露的金属垫散热。这种功率损耗也使解决方案的能源效率低下，这在便携式电子产品和环保设计中日益重要。

集成霍尔技术改进的电流传感

感应电阻器技术的另一个缺点是，它们经常导致应用PCB的体积损失，因为当如此多的能量以热量的形式消散时，必须考虑热的因素。图1比较了典型的检测电阻(TO-220)和运放(SOT-23)解决方案所占用的最小体积和PCB足迹，以及基于集成霍尔效应的电流检测技术(QFN和SOIC)对PCB的消耗。

图1所示。应用PCB体积比较

Allegro的集成霍尔效应电流传感器集成电路采用专利倒装技术，如图2所示，将高精度、载流导体集成到一个面积和热效率高的单片封装中。电流通过初级导体回路流入和流出封装。这个电流产生一个磁信号，霍尔传感器感知，如图2中的红色方块所示，并转换为电压。霍尔电压与初级电流绝缘，并依赖于电流的方向，允许在交流和直流模式下进行双向电流检测。将换能器放置在磁通密度最高的区域，以优化磁耦合。由于带有霍尔元件的模具表面现在最接近初级导体，这种方法优化了传感器的灵敏度和精度。

图2。集成倒装芯片技术为电流传感提供了诱人的新解决方案

流过导体的电流所产生的磁场与温度无关。因此，与检测电阻和放大器技术相比，集成霍尔方法的温度相关误差项少了一个。集成霍尔集成电路的导体电阻低至0.6 mΩ，比大多数低边传感配置中使用的传感电阻小一个数量级。这节省了客户应用的功耗，并提供了更高的效率和更环保的解决方案。亚博尊贵会员占地面积小也节省了PCB面积，从而降低了整体系统成本。表1比较了用于检测电阻和放大器解决方案的30a连续电流检测应用，以及Allegro的ACS711 QFN和ACS710霍尔效应ic的面积和功耗。

智能电池电流检测

一个越来越相关的低边电流传感实现的例子是智能电池系统的充电电流监测。除了两个电池端子，这些电池系统通常有两个诊断信号:用于电池健康的单线数据线和用于电池温度监测的单线热敏电阻输出。这些诊断参考电池的负极。

当在这种应用中使用检测电阻时，设计工程师必须考虑各种误差项。首先，电阻器将以热量的形式从电池中耗散能量，使系统效率低下。第二，电压V_感觉，发展跨感电阻将叠加在热敏电阻电压，V_小卡，使电荷控制器看到的电压为V_感觉+ V_小卡，导致监控的电池温度出现错误(图3)。这可能会影响电池系统的充电控制，最终影响电池寿命。最后，如本文前面所讨论的，当使用较低的检测电阻值时，检测电阻器方法的精度会降低。

图3。智能电池电流检测

集成霍尔效应传感器的导体电阻更低(低至0.6 mΩ)，大大降低了功耗。实际上导线回路端子上没有电压，这有助于保持热敏电阻诊断信号的完整性。最后，由于传感是基于磁耦合的，导体电阻和精度之间没有依赖关系，简化了设计。

用于白色家电电机控制的电流传感

电冰箱、洗衣机、空调等家电(统称“白色家电”)的电机控制电路要求节能、安全、可靠、低成本。集成霍尔效应电流传感器可以提供紧凑的电流传感解决方案，具有固有的高电压隔离(图4)。集成霍尔集成电路的一次导体电阻非常低，因此电流传感的功耗也可以显著降低。这有助于满足能源之星等能效要求。这些传感器集成电路还提供了一种快速检测故障状况的方法，可以防止昂贵的系统损坏，提高可靠性。

图4。电机控制电流传感

总结

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems, LLC开发了一系列完全集成的霍尔效应电流传感器ic，可提供与应用的交流或直流电流成比例的高精度、低噪声输出电压信号。Allegro专有的集成霍尔效应器件采用先进的集成电路和封装技术，可感知从5a到200a的电流。Allegro电流传感器集成电路允许设计工程师在新应用中使用基于霍尔效应的电流传感器集成电路，以提高能源效率或需要新的操作功能。亚博尊贵会员在任何需要电流传感的地方，集成霍尔效应IC都可以提供解决方案。