高效电流传感厅传感器IC的新方法节省电力和空间

高效电流感应的新方法：集成霍尔传感器IC保存电源和空间

由Alihusain Sirohiwala
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，LLC

集成霍尔效应电流传感器技术的最新进步提供了一种替代电流检测解决方案，可降低功率损耗，实现大多数成本目标，并在应用印刷电路板上占据更小的体积。

具有检测电阻和放大器电流检测

常规电流检测技术与携带电流的导体串联插入感测电阻器。还需要放大器，因此当电流流过电阻时，可用于测量输入电流的电压。感测电阻的值（通常为1到100mΩ）取决于要感测的最大目标电流。较小的检测电阻值在施加电流时显影较低的信号电压。

电阻器放大器感测电路被实现为分流电路，在低侧（近地电位）或承载施加电流的负载的高侧（近电源）上。高侧电流检测允许检测到地电位的短路条件，并且在很大程度上免受地面潜在的扰动。当多个低侧电流检测电阻平行连接时，地面潜在干扰变得更加关注（减少功率损耗），因为这可能导致寄生地面环。高侧感测的缺点是，根据高侧电压，放大器电路必须能够以高共模输入电压信号运行，使设计更复杂，溶液更昂贵。低侧传感放宽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，并且无法检测到从电源到地电位的短路条件。

在感测电阻器件中，测量精度大大限制在感测电阻的温度系数，TC和输入偏移误差，V_osi.，放大器。较小的值感测电阻通常会导致精度性能下降，因为放大器的输入偏移误差现在构成了放大器输入处应用信号的较大百分比。使用更大的值感测电阻，虽然有利于输出精度，但导致更高的功耗。因此，设计中的感应电阻值通常是基于感应精度和功率损耗之间的权衡来选择的。

考虑低侧应用的典型电流检测电阻值为20 mΩ的量级。亚博尊贵会员对于30a连续电流检测应用，电阻损耗带来的功率损耗为:

P_D＝一世 ²R=（30）²×0.02 = 18倍
=（30）×0.02 = 18 W.
=（30）×0.02 = 18 W.

这种功率散发为热量，需要使用通常更大且更昂贵的高瓦数，采用特殊的热技术，例如散热器安装和暴露的金属垫以进行散热。这种功率损失还使解决方案能量效率低，在便携式电子产品和环保设计中越来越重要的考虑因素。

通过集成霍尔技术改进电流检测

感测电阻技术的另一个缺点是它们经常导致应用程序PCB中的卷损失，因为当如此大量的能量被散发时，必须考虑热考虑因素。图1比较了典型的感测电阻（至-220）和运算放大器（SOT-23）解决方案所占用的最小卷和PCB占地面积，通过基于集成的霍尔效应的电流感测技术（QFN和SOIC），PCB消耗。

图1.应用程序PCB卷比较

Allegro的集成霍尔效应电流传感器集成电路采用了专利倒装芯片技术，如图2所示，将高精度的载流导体集成到面积和热效率高的单片封装中。电流通过初级导体回路进出包。这个电流产生一个磁信号，被霍尔传感器感知，如图2中红色方块所示，并被转换成一个电压。霍尔电压与初级电流是电隔离的，它依赖于电流的流向，允许在交流和直流模式下进行双向电流检测。换能器被放置在最高磁通密度的区域，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。Allegro集成倒装芯片技术为电流传感提供了有吸引力的新解决方案

电流流过导体所产生的磁场与温度无关。因此，集成霍尔方法与感测电阻和放大器技术相比有一个更少的温度相关的误差项。集成霍尔集成电路的导体电阻低至0.6 mΩ，比大多数低侧传感配置中的传感电阻小一个数量级。这在客户应用程序中节省了电力消耗，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还节省了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30 a连续电流检测应用和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

对于智能电池系统，低侧电流检测实现的越来越相关的例子是充电电流监控。除了两个电池端子之外，这些电池系统通常具有两个诊断信号：用于电池运行状况的单线数据线，以及用于电池温度监控的单线热敏电阻输出。这些诊断引用了电池的负端子。

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，电阻将从电池耗散能量作为热量，使系统效率低下。第二，电压，V_感觉，开发过的传感电阻将叠加在热敏电阻上的电压，V_Therm.，使电荷控制器所看到的电压为V_感觉+ V._Therm.，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，检测电阻方法产生的精度降低。

图3.智能电池电流检测

在集成霍尔效应传感器的情况下，导体电阻较低（低至0.6MΩ），大大降低了功耗。在导体环路端子上几乎没有产生电压，这有助于保持热敏电阻的诊断信号的完整性。最后，由于感测基于磁耦合，因此导体阻力和精度之间没有依赖性，简化了设计。

白色商品电机控制电流检测

电机控制电路中需要能效，安全性，可靠性和低成本，如冰箱，洗衣机和空调（称为“白色商品”）。集成的霍尔效应电流传感器可以提供紧凑的电流传感解决方案，具有固有的高压隔离（图4）。由于它们具有非常低的初级导电电阻，因此也可以显着降低电流检测的功耗。这有助于满足能源明星等能源效率要求。这些传感器IC还提供了一种快速检测故障条件的方法，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

概括

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，LLC开发了一系列全集成的霍尔效应电流传感器IC，提供高度精确的低噪声输出电压信号与应用的AC或DC电流成比例。Allegro’s proprietary integrated Hall-effect devices employ advanced IC and packaging techniques for sensing current from 5 A to 200 A. Allegro current sensor ICs allow design engineers to use Hall-effect based current sensor ICs in new applications where increased energy efficiency or new operating features are required. Wherever current sensing is needed, an integrated Hall-effect IC can provide a solution.