简介
Allegro MicroSystems电流传感器
IC能够分为三大类：需求外部磁芯的传感器、具有封装内置磁芯的传感器，以及具有集成载流环(但无磁芯)的传感器。最终一类便是具有共模场按捺(CMR)功用的传感器。本文将讨论CMR的机制，并要点介绍怎么充分利用此机制来优化电路板规划和布局。
布景
在运用集成载流环的IC中，载流环能够发生IC能丈量的磁场。该磁场经过霍尔效应转换成电压。此霍尔电压正比于电流巨细和方向。图1是特定电流传感器IC引线框发生磁场的示例。在该图中，箭头指示经过引线框的电流，五颜六色图标明100A直流电经过传感器时发生的磁场。为了表达清晰，图中移除了电流源。
图1：ACS780电流传感器引线框磁场。
运用装备集成载流环的IC具有许多优势：无需磁芯、根本没有磁滞、功率低、并且具有较高的温度准确度。可是，由于不存在磁芯，传感器简略遭到磁体或传感器IC周围导线电流发生的杂散磁场的影响。为了按捺杂散磁场的呈现，Allegro的许多电流传感器都具有双霍尔共模按捺计划。霍尔板的安置方法要保证当电流经过IC集成导体或载流环时，每个霍尔板感应的场极性相反。在图1中，两个霍尔板的方位用H1和H2标明。能够从图中看出，这两个区域具有方向相反的磁场。
选用CMR技能的根本原理是：假如两个霍尔板的信号相减，然后能够将集成环引发的信号求和，这样就能够按捺来自进入IC的任何杂散磁场共模(单极)信号。简略举例，假定每个霍尔板的磁场±B巨细持平，方向相反，则：
H1 – H2 ∝ B1 – B2
B – B2 = B – (–B)
B – (–B) = 2 × B
因而，
H1 – H2 ∝ 2 × B
假定两个霍尔板上具有持平的杂散磁场Bext，则：
H1 – H2 ∝ B1 – B2
B1 – B2 = (B + Bext ) – (–B + Bext)
(B + Bext ) – (–B + Bext ) = 2 × B + Bext – Bext
2 × B + Bext – Bext = 2 × B
因而，
H1 – H2 ∝ 2 × B
Allego的其它技能资料《无磁芯霍尔效应电流传感器IC选用的共模场按捺技能》更具体地介绍了CMR技能的理论和辅导方程。本文介绍的首要技能是怎么规划和安置这些电流传感器IC的载流线路。此外，本文也供给了最小化其他杂散来历的攻略。
挨近电流发生的磁场
为了充分利用这些器材的CMR功用，包含IC的电路板应规划为两个霍尔板的外部磁场相同。这有助于最大极限削减载流PCB本身发生的外部磁场导致的过错。每个载流轨道的三个首要参数据决议了导致IC过错：与IC的间隔、载流体的宽度以及它和IC之间的视点。图2是IC邻近载流体布线的示例。器材和导体之间的间隔d是器材中心与导体中心的间隔，电流途径宽度为w，器材和电流途径之间的视点θ是指衔接两个霍尔板的直线与电流途径垂直线的夹角。
图2：具有挨近电流途径的ACS780(从传感器底部调查)。
两个霍尔板的方位和方向随IC的不同而有所改动。例如，如图3所示，ACS724的霍尔板比较ACS780霍尔板旋转了90°。假如在任何具有CMR功用的Allegro、电流传感器IC邻近进行电流途径布线，最好坚持θ尽或许挨近90°。
图3：霍尔板对齐的ACS724电流传感器IC。
假如无法坚持θ挨近90°，下一个最好的挑选是坚持电流途径与电流传感器IC之间间隔d尽或许大。假定电流途径与IC的夹角最差，即θ=0°或180°，见下列等式：
此处，H间隔是两个霍尔板之间的间隔，Cf是IC耦合因数。此耦合因数随IC不同而改动。ACS780的耦合因数是5至5.5G/A，而其他Allegro IC的耦合因数规模是10至15G/A。
差错估量
等式1假定是无限长、无限细的导线。它没有考虑载流导体的宽度和厚度。图4是在最差条件方向(θ = 0° 或180°)核算得出的经过ACS780的载流体差错。该差错是选用抱负等式以及考虑导体宽度和厚度的核算密布方程组核算得出。该图显现，核算差错高于运用抱负方程的成果。因而，方程1可用于快速、保存估量差错。
图4：ACS780运用抱负方程1与运用轨道尺度核算差错。
运用更准确的核算方法能够为不同宽度的电流途径以及器材和电流途径之间不同的视点核算差错。关于一切视点和宽度，都假定运用4盎司标准铜导体设定电流轨道厚度。该图标明，载流体宽度对差错有影响，但最大的影响要素是与器材的视点θ以及与器材的间隔d。
图5：ACS780核算4盎司标准铜导体轨道导致的差错;多轨道宽度θ=0°和60°
其他需求考虑的布局准则
假如安置包含具有CMR的Allegro电流传感器IC的电路板，一切载流途径的方向和挨近性是重要要素，但优化IC功能还要考虑其他要素。或许影响系统差错的其他杂散场来历包含与IC集成载流体相连的轨道以及挨近永久磁体的方位。
有必要当心规划电路板与电流传感器IC的衔接方法。或许影响功能的常见过错是：
电流途径到IP管脚的挨近视点
电流轨道在IC下面扩展得过远
挨近视点
运用Allegro电流传感器IC的一个常见过错是运用不适当的电流引进视点。图6是电流轨道挨近IC的示例(此处是ACS724)。此图显现IP+和IP–的轨道。浅绿色区是进入IP+的抱负挨近区。该区域规模是0°至85°。该规矩相同适用于IP–轨道。
该区域的约束是为了防止载流轨道影响到或许导致IC输出差错的任何杂散场。假如与IP相连的电流轨道在该区域外部，则有必要按上述方法处理(挨近电流途径导致的磁场)。
图6：ACS724电流轨道挨近视点θ的抱负规模是0°至85°，此规模很或许与其他Allegro电流传感器IC不同。
IC下的扩展
另一个常见过错是电流轨道与IP管脚间隔过远。依据器材的不同，这或许导致两种不同的问题。假如是选用SOIC和相似封装的器材，这或许导致IC上发生杂散场，使功能下降。假如选用LR封装，由于IP总线较大并且露出在外，在封装下面过远布线或许改动经过IP总线的电流途径，然后改动器材的功能。下面内容将更具体地介绍对LR封装的影响。
关于杂散场而言，假如电流轨道以必定的视点进入IP总线，问题会愈加严峻。假如发生这种状况，电流实践在部件下面流过，背向IP管脚，然后向上经过IP管脚。改动的电流途径或许会导致杂散场发生，下降IC精度。制止在器材下面扩展至IP管脚的电流轨道就能够防止这种状况。
图7：ACS724在IC下扩展，电流轨道在IC下面过远，改动了电流途径，下降了精度。
永磁体影响
假如永久磁铁挨近电流传感器IC，磁铁导致的杂散场也会影响IC功能。一般状况下，来自磁铁的杂散场或许随磁体的不同而改动极大。它取决于磁铁尺度、资料、磁化方向以及其他许多要素。假如能够调整电流传感器，使霍尔板垂直于磁体(如图8所示)，则能够将这些杂散场的影响降至最小。
图8：具有挨近永磁体最优方向的ACS780。
LR封装特定布局规矩
IC下的扩展
在LR封装中，载流轨道在器材下面扩展实践改动了电流经过IP总线的途径。这或许导致IP总线与IC的耦合因数发生改动，并明显下降器材功能。
运用ANSYS Maxwell电磁套件能够模仿电流密度和电流发生的磁场。图9供给两种不同模仿的成果。第一种状况是向上引至IP总线的电流轨道在所需点停止。第二状况是电流轨道向IP总线上方扩展过远。两个模仿中的赤色箭头标明高电流密度的区域。在没有过量堆叠的模仿中(赤色区域)，电流密度与具有过量堆叠的模仿距离巨大。还能够看出，H1场比没有过多堆叠时更大。这一点用蓝色阴影标明。
图9：具有不同电流轨道和IP总线堆叠的ACS780引线框模仿。
假如堆叠超越引荐量，也会导致其他问题，例如电流挨近角规模明显缩小。假如电流轨道在IP总线上扩展的过大，则会构成对挨近角的依靠，即挨近角直接影响器材的耦合因数。防止这种状况的最佳方法是约束电流轨道的堆叠。
图10：ACS780 PCB布局参阅图。进行必要的调整，满意使用工艺要求和PCB布局公役和赤色的圈选要害尺度。
定论
Allegro MicroSystems电流传感器IC有许多优势。这些传感器IC的磁滞简直为零，并且功耗十分低。与无磁芯相伴的一个缺陷是简略遭到杂散磁场的影响。可是，许多IC都能够按捺共模磁场。
两个霍尔板的共模场持平时，CMR技能作用最好。咱们讨论了若干明显下降两个霍尔板共模场差值的技能，即怎么进行外部电流途径布线与其他优化布局技能。针对电流途径不能以最有利的方向布线的状况，咱们还介绍了差错预算。此外，还讨论了一些针对LR封装的布局技能，这是由于有必要考虑LR的一些特性才干取得最优功能。
总归，本文讨论的技能和核算有助于客户优化Allegro、电流传感器IC功能。
