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。