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发表人：丁晓勇 |
发表时间：2011/6/17 11:39:00 |
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| 本栏论题： |
Allegro电流传感器介绍 [7574] |
Allegro电流传感器
Allegro电流传感器的共同点：
一、 芯片级霍尔电流传感器，串联在电流回路中，外围电路简单。
二、 开环模式的霍尔电流传感器（因体积问题，芯片级霍尔电流传感器无法做到闭环模式。）
三、 可测交直流电流。
四、 无需检测电阻，内置毫欧级路径内阻。
五、 单电源供电，原边无需供电。
六、 80~120KHz的带宽，外围滤波电容可调整带宽与噪声的关系。
七、 输出加载于0.5Vcc上，非常稳定的斩波输出。
八、 us级响应速度，精度在-40~85℃时小于2%
九、 带抑制干扰的特殊封装工艺。
十、 非常好的一致性与可靠性。年出厂不良率小于1PPM。
常推的几颗Allegro霍尔电流传感器为：
ACS712
从ACS712的内部框图与封装解剖图可以看出，原边电流只是从芯片内部流过，与副边电路并没有接触，原边与副边是隔离的，因为封装小，所以ACS712的隔离电压为2100V。因为电流的流过会产生一个磁场，霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、与斩波电路，输出一个电压信号。
ACS712根据尾缀的不一样，量程分为三个规格：5A、20A、30A，温度等级均为E级（-40~85℃）。输入与输出在量程范围内为良好的线性关系，其系数Sensitivity分别为，185、100、66mV/A。因为斩波电路的原因，其输出将加载于0.5Vcc上。ACS712的Vcc电源一般建议采用5V。输出与输入的关系为Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。一般输出的电压信号介于0.5V~4.5V之间。
Ip+与Ip-之间流经芯片内部的那一部份，我们称之为内置路径内阻，其阻值为1.2mΩ.当大电流流经它时，所产生的功耗很小，如30A满量程的电流流经它时，产生的功耗为P=30*30*1.2/1000=1.08W. 此功耗所引起的温度变化约为23度左右。
ACS 712的全温度范围的精度为±1.5%。在25~85℃时，精度特性更好。输入与输出之间的响应时间为5us。带宽为80KHz，通过调整滤波脚与地之间的滤波电容，可根据客户的要求来调整噪声与带宽的关系，电容取值大，带宽小，噪声小。
ACS710
与ACS712相比，ACS710多了一个过流保护功能。如上图所示，蓝色虚框为ACS710的电流检测回路，红色虚框为ACS710的过流保护回路。
ACS710与ACS712的电流检测原理是一样的，所不同的有以下几点：
1. ACS710因为封装SOIC-16体积比ACS712稍大，所以原边与副边的隔离电压也比ACS712大，为3000V。
2. 内置路径内阻为1.0 mΩ。
3. 量程不一样，根据尾缀不同，分12.5A与25A两种量程。这里的12.5A量程与25A量程指的是优化量程，实际上，ACS710有三倍过载能力，即，他们的实际量程分别为37.5A与75A。但考虑到电流过大，温升的效应，不建议将ACS710长期工作于过载条件下。
4. ACS710 Vcc可选用5V与3.3V两种。5V与3.3V时，其输入输出的线性系数（Sensitivity）也为线性。如ACS710 25A量程的IC，Vcc为5V时，Sensitivity为28mV/A. 3.3V时，Sensitivity为28*3.3/5=18.5mV。
5. 温度等级不一样，ACS710为K级，-40~125℃.
6. ACS710的带宽为120KHZ，响应时间为4us，过流保护响应时间为2us。
ACS710过流保护功能说明
1. 16管脚为使能脚。
2.调整15脚外围的两个分压电阻值，可设定过流保护的门限值。Vcc为5V时，ACS710KLATR-12CB-T（12.5A量程的型号）其可设定的过流保护的门限范围为22.3A~35.7A；ACS710KLATR-25CB-T（25A量程的型号）其可设定的过流保护的门限范围为44.6A~71.5A。
3.13管脚为Fault输出脚，过流条件出现时，13管脚将在2us内输出一个低电平信号，其中外接电容Coc为缓冲电容，以防止因干扰而产生的误报情况。
4. 下图为过流保护过程的图解说明。
ACS758
ACS758的原理是一样的。与ACS712、ACS710相比，其特点是：
1. 量程大，分为50A、100A、150A、200A 四个等级。
2. 内置路径内阻小，为100uΩ.
3. 温度等级，50A、100A量程的等级为L级，即-40~150℃；150A量程的为K级，即-40~125℃；200A量程的为E级，即-40~85℃.
4. 带宽为120KHz，响应时间为4us。
5. 25℃时，原边1200A大电流时，可承受时间为1秒。
85℃时，原边900A大电流时，可承受时间为1秒。
150℃时，原边600A大电流时，可承受时间为1秒。
以上介绍的为Allegro的三颗代表型芯片级霍尔电流传感器，我介绍的均为双向的霍尔电流传感器（可测交直流），输出加载于0.5Vcc上。Allegro也有单向的霍尔传感器，其单向的霍尔电流传感器（可测正电流），输出加载于0.1Vcc上。芯片级的霍尔电流传感器，目前其最大量程为200A，对于大于200A的电流，可用Allegro线性霍尔做成塻块型霍尔电流传感器。事实上，国内有部份品牌的模块型霍尔电流传感器，就是应用Allegro的线性霍尔做为核心做成的。
小结
各种电流检测的方式原理各不同。
检测电阻+运放与电流互感器属于低成本的方案，其可靠性与安全性较差，主要用于低端方案。
模块式霍尔电流传感器，其体积较大，双电源供电，成本较高。
隔离放大器，其原边，副边均需电源供电，在消除干扰方面的设计难度更大，成本比模块式霍尔电流传感器要低，比Allegro的成本高。外围电路较复杂，需加检测电阻。
Allegro的霍尔电流传感器，量程相对于每一个型号来说，是固定的，最高量程为200A。小量程(50A以下)的霍尔电流传感器成本低，ACS758的成本比模块型霍尔电流传感器低。输出加载于0.5Vcc,输出信号为正电压。
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