重新思考PCB电流传感的可能性
重新思考PCB电流传感的可能性
作者：Motaz Khadar，Allegro MicroSystems战略营销经理亚博棋牌游戏
介绍
在所有的市场中，从可再生能源、汽车驱动到电动汽车，电子设备都面临着更小、更高效、更便宜的挑战。这增加了印刷电路板（PCB）设计的复杂性，促使工程师们寻找创新的解决方案。因为所有这些解决方案都需要电源，所以必须感测电流（I）和电压（V），并且在这些应用中是至关重要的。具有精确的电流传感使控制、保护和监控在系统的各个层面上都是可行的。亚博尊贵会员
当谈到为PCB设计选择合适的电流传感器时，电流处理能力变得越来越重要。由于PCB内部的热限制，PCB中的电流测量值通常在100A左右达到最大值。超过100安培通常需要一个复杂的解决方案，可以转化为更大的规模和更高的相关成本。然而，能够在100 A以上可靠地测量PCB电流也可以提供极大的优势，例如效率的提高和整体系统级成本的降低。
目前常用的两种电流传感方法是并联电阻和磁传感器。这两种解决方案都使用通过小电阻（分流器）或带有集成导体的磁感应元件（如霍尔效应）产生的电压来解释电流值。虽然分路方法通常提供非常好的分辨率和精度，但由于它们的欧姆损耗和与分路电阻连接相关的增加的布局复杂性以及在使用寿命期间改变的焊接电阻，因此它们存在能量效率低下的问题。较新的磁传感器选项克服了这些限制-通过提供独立的集成解决方案，使PCB电流测量高达600 A的可能性，由于其非常小的欧姆损耗和紧凑的大小。
本文将讨论两种新的创新方法来测量电路板中高达600A的电流：一种集成导体的近无损霍尔电流传感器和一种独立的无芯无屏蔽差分霍尔电流传感器。
集成导体近无损霍尔电流传感器
各个市场的电子设备越来越需要更高的电流密度解决方案，以提高其整体效率并降低成本。例如，由于越来越多地采用诸如碳化硅（SiC）之类的宽带隙晶体管来实现电路小型化并提高系统的整体效率，诸如DC/DC转换器和板载充电器等功率转换应用的电流密度正在迅速增加。理想情况下，这些应用中的电流传感器需要紧凑、高效、准确，并提供高带宽来捕获这些高开关晶体管产生的非常快的电流波。亚博尊贵会员
目前有两种流行的解决方案来应对这一挑战——基于并联电阻的解决方案和磁传感器。对于磁性传感器选项，Allegro MicroSystems提供了一系列非常低电阻、高度集成的电流传感器封装，具有不同的电流和电压处理能力。现有的分流解决方案需要复杂的布局和电路实现，以实现高电流和电压水亚博棋牌游戏平，通常具有更高的电阻。相比之下，Allegro的电流传感器因其紧凑的尺寸和易用性而有所不同，如图1所示。
近日，Allegro推出了两种新的表面贴装封装选项，可以测量最多500 A的电流。首先是一种模块状的定制包，可以检测高达500 A的电流，具有非常小的电阻（100μΩ），同时提供优异的工作隔离电压额定值 - 1350 V基本工作电压。被称为“CB”封装，这具有一个集成的内部铁磁聚光器，将场从承载迹线引导到霍尔元素的敏感平面中。图2表示将组成CB包装的不同组件。通过引线框架的电流产生由聚光器指向IC的磁场。信号销退出超模包以连接到外部电路。基于霍尔效应的电流传感器的性质允许固有隔离，因为电流承载引线框架不需要电连接到IC。CB封装内的塑料模具化合物还从引线框架中绝缘和信号引脚。CB封装已被认证至UL规范60950。
这种封装是一种高密度PCB设计的独特解决方案，与其他昂贵、笨重和更复杂的解决方案（如分流器或更大的模块）相比，它允许客户使用简单、易于使用的电流传感器来缩小其整体尺寸。关于热性能的更多细节可以在下面的文章中找到应用笔记. 其他替代高电流密度封装包括Allegro的微型（6.4×6.4 mm2）定制LR封装，它可以处理高达500 V直流工作电压和100 A+电流。第三个产品是新的定制SOIC16W（MC）封装，它有一个厚的引线框架，允许该封装通过80 A+，同时提供出色的1600 V基本隔离电压。图3突出显示了不同的封装温度随着不同的持续电流水平而升高。
独立，无侵入性，无核和无屏蔽电流传感器
对于需要亚博尊贵会员非侵入性，高电流密度解决方案的应用，Allegro最近推出了一个新的无芯电流传感器系列，包括新的ACS37612。本产品系列为当前测量提供真正的独立解决方案;这些解决方案使设计人员能够从其设计中删除核心和屏蔽。这些传感器测量高达600A流过PCB的电流，典型精度为1％。用于测量磁场的差分霍尔元件为杂散磁场提供了很大的免疫，而不需要竞争解决方案所需的层压屏蔽，这减少了设计尺寸和材料清单（BOM）。有关操作和实施原则的基本概述，请参见图4。
A： 基本操作理论
B： PCB中的实现方法
这种解决方案的典型应用是电动车辆中的牵引逆变器。在加速过程中，数百安培的电流流过牵引电机逆变器。对如此高的电流进行精确测量对于安全运行性能至关重要。工程师们传统上依靠低磁滞叠层磁芯进行测量，使用三到六个磁芯，这取决于电机中的相数。
确定电流动态范围的系统耦合因子由ACS37612和PCB的金属迹线的灵敏度水平确定。对电流承载迹线的所需修改增加了非常小的电阻，〜50μΩ。这为设计人员提供了许多制造灵活性，并且能够在设计的任何阶段轻松增加电流传感范围。
通过ACS37612消除核心允许制造商降低逆变器的空间和重量，从而提高了电动车辆的效率。这种无侵入性的非接触式电流传感器旨在提高相对于分流溶液的热效率，因此是在48 V电子电机平台和高压逆变器中降低系统能耗的理想选择。
结论
随着电子系统的进步，需要高效，高电流，高效的PCB电流传感器的越来越重要，因为当前测量播放的关键作用是常见的。简单，易于使用的表面贴装电流传感器，Allegro集成导体解决方案的线路在电流和电压隔离功能方面解决了市场需求。为了更具灵活性，设计人员可以倾向于Allegro的新无芯电流传感器，用于真正独立，无损，无侵入式电流测量。这两种解决方案都在PCB电流检测中设置了新标准，允许系统设计人员实现新的效率和功率密度。
- 下载原始PDF[德语]