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如何利用CMR机制优化电路板设计及布局
2021-09-23 [17215]
本文摘要:AllegroMicroSystems电流传感器IC可以分成三大类:必须外部磁芯的传感器、具备PCB内置磁芯的传感器,以及具备构建载流环(但无磁芯)的传感器。

AllegroMicroSystems电流传感器IC可以分成三大类:必须外部磁芯的传感器、具备PCB内置磁芯的传感器,以及具备构建载流环(但无磁芯)的传感器。最后一类就是具备共计模场诱导(CMR)功能的传感器。本文将探究CMR的机制,并重点讲解如何充分利用此机制来优化电路板设计和布局。

背景在用于构建载有流环的IC中,载流环可以产生IC能测量的磁场。该磁场通过霍尔效应转换成电压。

此霍尔电压正比于电流大小和方向。图1是特定电流传感器IC引线板产生磁场的示例。在该图中,箭头命令通过引线板的电流,彩色图回应100A直流电通过传感器时产生的磁场。为了表达清晰,图中后移除了电流源。

图1:ACS780电流传感器引线板磁场。用于配有构建载有流环的IC具备很多优势:需要磁芯、基本没磁滞、功率较低、并且具备较高的温度精确度。

但是,由于不不存在磁芯,传感器更容易受到磁体或传感器IC周围导线电流产生的杂散磁场的影响。为了诱导杂散磁场的经常出现,Allegro的很多电流传感器都具备双霍尔共模诱导方案。霍尔板的布置方式要保证当电流通过IC构建导体或载有流环时,每个霍尔板感应器的场极性相反。

在图1中,两个霍尔板的方位用H1和H2回应。可以从图中显现出,这两个区域具备方向忽略的磁场。使用CMR技术的基本原理是:如果两个霍尔板的信号相加,然后可以将构建的环引起的信号议和,这样就可以诱导来自转入IC的任何杂散磁场共模(单极)信号。非常简单举例,假设每个霍尔板的磁场±B大小大于,方向忽略,则:H1–H2∝B1–B2B–B2=B–(–B)B–(–B)=2×B因此,H1–H2∝2×B假设两个霍尔板上具备大于的杂散磁场Bext,则:H1–H2∝B1–B2B1–B2=(B+Bext)–(–B+Bext)(B+Bext)–(–B+Bext)=2×B+Bext–Bext2×B+Bext–Bext=2×B因此,H1–H2∝2×BAllego的其它技术资料《无磁芯霍尔效应电流传感器IC使用的共模场诱导技术》更加详尽地讲解了CMR技术的理论和指导方程。

本文讲解的主要技术是如何设计和布置这些电流传感器IC的载流线路。此外,本文也获取了最小化其他杂散来源的指南。邻近电流产生的磁场为了充分利用这些器件的CMR功能,包括IC的电路板不应设计为两个霍尔板的外部磁场完全相同。这有助最大限度增加载流PCB自身产生的外部磁场造成的错误。

每个载流轨迹的三个主要参数据要求了造成IC错误:与IC的距离、载有流体的宽度以及它和IC之间的角度。图2是IC附近载有流体布线的示例。

器件和导体之间的距离d是器件中心与导体中心的距离,电流路径宽度为w,器件和电流路径之间的角度θ是指相连两个霍尔板的直线与电流路径垂直线的夹角。图2:具备邻近电流路径的ACS780(从传感器底部仔细观察)。

两个霍尔板的方位和方向随IC的有所不同而有所变化。例如,如图3右图,ACS724的霍尔板比起ACS780霍尔板转动了90°。如果在任何具备CMR功能的Allegro、电流传感器IC附近展开电流路径布线,最差维持θ尽量相似90°。

图3:霍尔板偏移的ACS724电流传感器IC。如果无法维持θ相似90°,下一个最差的自由选择是维持电流路径与电流传感器IC之间距离d尽量大。

假设电流路径与IC的夹角最好,即θ=0°或180°,闻下列等式:此处,H距离是两个霍尔板之间的距离,Cf是IC耦合因数。此耦合因数随IC有所不同而变化。ACS780的耦合因数是5至5.5G/A,而其他AllegroIC的耦合因数范围是10至15G/A。

误差估算等式1假设是无限宽、无限粗的导线。它没考虑到载流导体的宽度和厚度。图4是在最好条件方向(θ=0°或180°)计算出来得出结论的通过ACS780的载流体误差。

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该误差是使用理想等式以及考虑到导体宽度和厚度的计算出来密集方程组计算出来得出结论。该图表明,计算误差低于用于理想方程的结果。因此,方程1可用作较慢、激进估计误差。

图4:ACS780用于理想方程1与用于轨迹尺寸计算误差。用于更加准确的计算方法可以为有所不同宽度的电流路径以及器件和电流路径之间有所不同的角度计算误差。对于所有角度和宽度,都假设用于4盎司规格铜导体原作电流轨迹厚度。该图指出,载有流体宽度对误差有影响,但仅次于的影响因素是与器件的角度θ以及与器件的距离d。

图5:ACS780计算出来4盎司规格铜导体轨迹造成的误差;多轨迹宽度θ=0°和60°其他必须考虑到的布局原则如果布置包括具备CMR的Allegro电流传感器IC的电路板,所有载流路径的方向和相似性是最重要因素,但优化IC性能还要考虑到其他因素。有可能影响系统误差的其他谓之散场来源还包括与IC构建载有流体连接的轨迹以及邻近永久磁体的方位。必需小心规划电路板与电流传感器IC的相连方式。


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