Allegro 下一代大功率密度 CB 封装电流传感器的增强性能与特性
Allegro 下一代大功率密度 CB 封装电流传感器的增强性能与特性
作者： Maxwell McNally
Allegro MicroSystems, LLC
摘要
本应用注释介绍 Allegro MicroSystems 新型大电流 ACS772 霍尔效应电流传感器集成电路（IC）的使用，并概述其特性以及针对先前 Allegro 大电流传感器的改进。
介绍
ACS772是 Allegro MicroSystems 长期生产的一系列大电流测量器件中的最新产品。ACS772 采用 Allegro 专有的 CB 封装，具有超高功率密度、高浪涌电流容量，并具有厂家编程选项，感应电流范围 50 - 250 A。CB 封装可以是通孔直接焊接到印刷电路板（PCB）上，并且该器件具有很高隔离度，无需使用光耦合器等昂贵的隔离技术。
ACS772 增强带宽 200 kHz，比其前身 ACS770 高出约 80 kHz。ACS772 不仅能更快地响应电流瞬变，而且通过专有补偿技术，它还具有更高的精度和最小的寿命漂移。由于采用相同的引脚排列和器件操作方式，ACS772 可以直接插入替代 ACS770 和 ACS758 插座。
CB 封装和隔离
CB 封装的内部配备铁磁体集中器，将来自载流迹线的场引导到霍尔元件的敏感平面中。图 1 表示组成 CB 封装的不同组件。穿过引脚框的电流产生磁场，由集中器器引导到 IC。信号引脚从包覆成型封装伸出，以连接外部电路。
总输出误差与生命周期漂移
在可能的情况下，在应用内进行校准可能成本高昂，并且仅限于客户的线端生产系统。为此，Allegro 设计出 ACS772，它具有迄今为止所有
CB 电流传感器的最低寿命漂移。为了实现 ACS772 的最小寿命漂移，我们设计了指定总输出误差漂移的新方法。ACS772指定了包括寿命漂移的总输出
误差，因此无需为标称误差指定添加漂移值。
ACS772 在室温下的总输出误差降低 0.9％，并且寿命漂移比 ACS770 低约 2％。表 1 比较了 ACS772 和 ACS770
总输出误差寿命值。值得注意的是，数据表中没有以这种方式指定 ACS770；为了便于比较，已对较新的规格进行了转换。
表 1：ACS770 和 ACS772 总误差规格
| 总输出误差 | 包括寿命漂移的总输出误差 |
||||||
| 温度 | DUT | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 最小值 | 典型值 | 最大值 |
| 25°C 至 150°C |
770 | –2.40% | ±1.5% | 2.40% | -4.30% | ±2.1% | 4.30% |
| 772 | –1.50% | ±0.9% | 1.50% | –2.10% | ±1.7% | 2.10% | |
| –40°C to 25°C |
770 | –3.50% | ±2% | 3.50% | –5.40% | ±2.6% | 5.40% |
| 772 | –3.50% | ±1.7% | 3.50% | –3.50% | ±2.6% | 3.50% | |
温度额定值
Allegro 电流传感器 IC 的最高结温 (TJ(MAX)) 为 165°C，所有 ACS772 器件均在 150°C 的环境温度 (TA) 下进行测试。只要不违反最高结温规格，器件就可以在最高环境温度下安全工作。对于持续高电流应用中的器件，TA值会降级，因为预计阻性加热会使内部温度接近最大结温。如表 2 所述，这些温度代码直接出现在设备编号后面的部件名称中：ACS772LCB-050B-PFF-T.
表 2：Allegro 温度代码
| CB 温度 代码 |
额定 TA (°C) |
电流 感应 范围 (A) |
生产测试 温度 (°C) |
| L | –40 至 150 | ±100 | 150 |
| K | –40 至 125 | ±150 | 150 |
| E | –40 至 85 | ±200 | 150 |
电源电压等级
Allegro 对 ACS772 进行了优化，并在生产中进行编程，工作电压为 5 V。ACS773 采用与 3.3 V 电源轨相同的方式进行优化。有关详细信息，请参阅 Allegro 网站的器件数据表。
ACS772 和 ACS773 系列拥有针对 5 V 和 3.3 V 电源优化的器件，可替代Allegro 的任何老款器件，包括 ACS758、ACS759 和 ACS770。
欠压锁定
欠压锁定（UVLO）可防止 ACS772 在其优化电压范围之外工作；它还为系统提供有关电源电压降的诊断能力。为了使 ACS772 和 ACS770 正确加电，电压必须超过锁定阈值（VUVLOH)）并在预定时间（(tUVLOD）内保持在该电平之上。如果器件未正确供电，输出将保持接地。此外，如果电源电压低于另一个阈值（VUVLOL）足够长（tUVLOE），输出将接地，并且器件必须重新供电。0 V 输出电压超出器件的预期范围，可能表示传感器在电源电压规格之外工作。这是针对 5 V 器件（ACS772）。
而 3.3 V ACS773 具有加电重置（POR）功能。这主要以相同的方式起作用，但在低于下限时没有计时器。器件立即关闭并进入高阻态。
成比例
ACS772/3 的比例输出根据电源电压的变化进行调整。由于 VCC的变化，基于与电流传感器 IC 相同电源电压的 ADC 应用具有更小的测量误差。ACS758、ACS770 和 ACS772 的整个高电流产品系列，具有可提供这种增强性能的比例输出。
带宽和响应时间
与之前型号的 120 kHz 带宽相比，ACS772/3 的带宽增加到 200 kHz。这允许器件更快地响应电流瞬变，这在图 2 中突出显示，而响应时间参数的确切值在表 3 中进行比较。
表 3：响应时间比较
| 规格 | 上升时间 (μs) | 传播 延迟 (μs) |
响应 时间 (μs) |
| ACS772 | 2.4 | 1.2 | 2.5 |
| ACS770 | 4.1 | 2.4 | 4.6 |
| ACS758 | 3.0 | 1.0 | 4.0 |
噪声性能
可以预期，更高的带宽需要更高的噪声，但 ACS772 不仅具有更高的带宽，而且还具有与 ACS770 类似的噪声性能。下面表 4 比较了典型的噪声值，并计算了 ACS772 的 200 kHz 和 120 kHz 滤波操作。
表 4：噪声比较
| 部件号 | 噪声密度 (μA / √Hz) |
带宽 (kHz) |
RMS 噪声 (mARMS) |
| ACS772 | 160 | 200 | 90 |
| 120[1] | 70 | ||
| ACS770 | 190 | 120 | 83 |
| ACS758 | 90 | 120 | 37 |
[1] 过滤后与较低带宽的 ACS770 和 ACS758 器件进行比较。
图 3 非常明显的展示每个器件的噪声，其中对噪声密度进行了比较。所有这些器件的额定值都是 150A，并具有相同增益 13.33mV / A。
结论
采用 CB 封装的 Allegro 下一代 ACS772 和 ACS773 器件可在整个使用寿命内在较宽的工作温度范围内，提供更快的响应时间和更高的精度。这些传感器非常适合需要下一代改进的应用，并提供各种电流范围和电源电压，以满足任何应用需求。完全相同的封装和操作使 ACS772 和 ACS773 可以直接替代 Allegro ACS758、ACS759 和 ACS770 器件。