使用ACS71x电流传感器ic时处理外部磁场干扰

理查德·狄金森和威廉·本特利著

摘要

高度紧凑的霍尔效应电流传感器ic没有集中器，这使得通过简单的布局步骤和屏蔽器件免受沿其主要传感轴的外来磁通量，可以提高小电流区分的性能。

简介

ACS71x系列基于霍尔效应的电流传感器ic通过感应电流通过霍尔元件附近时产生的磁场来测量电流(见图1)。它们直接测量该磁场，而不使用磁集中器，这是其他磁性器件(例如Allegro)的常见特征^®MicroSystems CA和CB包，用于ACS75x系列的当前传感器ic)。

图1。ACS71x设备中的当前路径。电流以任意方向通过u型回路并围绕霍尔元件(X)。u型回路安装在SOIC8封装的模具下方。

没有集中器的优点是几乎消除了IC中作为误差来源的磁滞。然而，这也使得ACS71x器件无法屏蔽可能扭曲电流测量的外部磁场。在可能亚博尊贵会员存在大磁场的应用中，必须注意霍尔元件相对于这些磁场的对齐和间距。在某些情况下，屏蔽设备也可能是可取的。

对齐

磁通线在与流经导体的电流方向正交的平面上围绕导体形成圆。霍尔元件只对垂直于其表面的通量分量有反应，并且只对这个方向的磁场敏感。如图2所示，虽然一次电流的路径为I_P，与霍尔元在同一平面上，电流通过u型回路产生的磁通矢量垂直于霍尔元平面。那些与霍尔元件相交的电流会在霍尔元件上产生电压，然后将其放大并用于产生输出电压。

图2。U-Loop和霍尔元件。电流流过u型回路，在与其路径正交的平面上产生磁通线。垂直于霍尔元件平面的磁通可以产生霍尔电压。

如果可能的话，设备附近的大电流导体应垂直于安装设备包的板上的平面。如图3所示。通过这种排列，磁通量将在霍尔元件的平面内循环，而不是穿过它，并且对霍尔IC的输出几乎没有影响。

图3。邻导垂直于霍尔单元平面。垂直于电流流产生的磁通线与霍尔平面平行，不产生霍尔电压。

间距及布局指引

当将ACS71x设备安装在PCB上时，最好的做法是在设备和其他携带大量电流的走线之间保持尽可能多的空间。图4显示了与器件在PCB同一侧的相邻电流迹的测量效果。虽然这是优化设计的一个考虑因素，但相邻迹线的影响很小，远小于器件内被测电流产生的信号。

图4。相邻导通带50 A，对ACS71x器件的影响。相邻轨迹的最小磁效应影响随着距离D的增加而迅速减小。

屏蔽

图4显示了当电流路径与霍尔元素在同一平面上时，相邻载流迹产生的磁通量对霍尔元素的影响，因此其磁通量线垂直于霍尔元素的平面。

如果需要更强的对外部磁场的保护，建议使用表面贴装的磁性合金屏蔽罩覆盖设备包。如图5所示的屏蔽将外部磁通量分流远离SOIC8封装，并导致在围绕主电流路径的封装内部产生的磁场没有显著影响。典型的磁场结果如图6所示。

图5。简单的盾牌。这种设计可以防止从soic8封装的Allegro电流传感器IC上方撞击垂直磁通量线。如果需要，可以在PCB的另一侧放置第二个屏蔽。

图6。盾牌磁场图。一个简单的黑色合金屏蔽偏转几乎所有垂直通量线，有效地屏蔽霍尔元件。

屏蔽层可以用环氧树脂固定在PCB上，它是不是必须有一个通向地面的导电路径。由于霍尔元件不容易受到平行于其平面的通量线的影响，因此没有必要将屏蔽的两侧围起来。事实上，在IC引线附近保持屏蔽打开是考虑漏电和间隙的首选。

在需要高级别屏蔽的情况下，可以在PCB的底部附加类似类型的第二个屏蔽，保护霍尔元件免受从下面通过PCB的垂直磁通的影响。

实验结果

通过使用空气核心场源，对8针器件封装的霍尔元件垂直施加±240 G进行了实验。记录了由各种黑色合金和材料厚度构成的屏蔽所达到的衰减水平。结果如下所示。使用了两种类型的黑色合金，硅钢(SiFe)和HyMu合金，这是一种具有高磁导率水平的合金，μ。应该注意的是，在大多数应用中，霍尔元件不会暴露在高达60g的电场亚博尊贵会员水平下。例如，只有当ACS71x被放置在与承载500a的相邻母线6毫米内时，高达60g的电场才会通过霍尔换能器。

总结

当应用ACS71x电流传感器ic时，本文中描述的对准、间距和屏蔽技术可以作为越来越积极的步骤来减轻外部磁场的影响。

如果在处理外部字段的影响方面需要进一步的帮助，请与您的当地Allegro销售办事处请与我们的应用工程师联系。亚博尊贵会员