3mm x 3mm线性电流传感器IC的的感应电阻运算放大器解决方案

本文档是ACS711（3mm x 3mm微型封装线性电流传感器IC）的产品信息。这种完全集成的器件的初级导体电阻仅为0.6mΩ，有效地降低了功耗。该器件适用于连续电流超过30 A的应用。该文档描述了包装，焊接和热特性，设备功能，故障输出以及设备的准确性。

介绍

传统上，电流检测是通过可占用较大PCB面积的检测电阻器或电流互感器完成的。从10到50mΩ的检测电阻器值会在较高电流下消耗大量功率，这会降低整体系统效率，而电流互感器会消耗大量PCB面积。霍尔效应传感器IC已用于提供测量导体中电流的非接触式方法，并提供与导体中流动的电流成比例的电压信号。

来自Allegro™MicroSystems，LLC的电流传感器IC ACS711（图1和图2）解决了尺寸问题，真正的3mm x 3mm占位面积只有0.6mΩ的导体电阻，从而将功耗降低了一个数量级在典型的感应电阻运算放大器解决方案上。电流传感器IC的完全集成允许在Allegro进行工厂编程，从而提供更精确的解决方案，同时通过减少载流导体的功率损耗，提供小尺寸和高效率的额外好处。

ACS711 QFN封装尺寸，与美国的10美分硬币相比

具有QFN构造的ACS711设备

包装

一匝无磁芯的霍尔电流传感器IC不会产生大磁场，因此将霍尔传感元件放置在紧靠传感电流的位置是一种有吸引力的方法。围绕导体的通量可能仅为100高斯（10 mT）或更小，并且随着霍尔元件与导体之间的距离而迅速减小。

为了优化性能，ACS711器件采用了Allegro专利的倒装芯片磁场感应技术，如图2所示。倒装芯片的使用允许IC霍尔传感器部分的有效区域（在图2中显示为红色方块）。 ）放置在最靠近初级导体的硅表面上。这样可以实现出色的信号耦合。

采用了经典的倒装芯片技术，该技术可与信号电路建立必要的连接，并将芯片支撑在引线框架上的电流导体上方。初级电流路径通过获得专利的裸露电流环路设计有效地引导至霍尔元件，其端子直接焊接至PCB走线。如此紧密地耦合到导体，信号灵敏度将最大化，并且该器件可以产生90 mV / A和45 mV / A的电流来检测15 A和31 A的满量程电流，并且传感器IC仅需要3.3 V的电源。

倒装芯片技术还允许外壳成型塑料填充主载流导体与管芯表面和器件信号线之间的微小空间，从而提供电流（电压）隔离。由于该器件具有吸引人的小尺寸，因此该封装仅在电源电压低于干线电压时才提供隔离。ACS711已针对<100 V的低压电路进行了优化，例如：48 V太阳能电路，通信以及消费类电子产品和音频应用。该设备组装成成品也很经济，非常适合住宅和商用白色家电中的低侧感测应用以及通用电机驱动器。

尽管ACS711的尺寸很小，但它可以感应QFN封装中相对较大的电流，最高可达±31A。在更高的电流范围内，感应电阻器的功耗非常重要，并且在IC封装中进行这种电流输入和输出一直是传统的限制。QFN封装通过在安装表面上安装两个大焊盘来解决此问题，并仔细设计了主感应电流传导环路的形状。该设计在封装内使用大量的铜导体来形成感应的电流环路，而无需键合线。QFN中的初级导体电阻仅为0.6mΩ，比低端检测配置中使用的大多数检测电阻小一个数量级。这样可以降低功耗，并且在30 A时的典型功耗仅为0.54 W，而在15 A时的典型功耗仅为0.135W。这不仅有助于提高系统效率，还可以使设备即使在电流升高的情况下也能保持凉爽。如果客户在某些应用中希望使用含铅封装，则ACS711产品也可以使用配套封装SOIC-8。

焊接和热特性

尽管功耗低，但仍需要比3mm2相对较小的QFN封装固有的更低的对环境的热阻。如果设计正确，则印刷电路板（PCB）上的宽大电流铜迹线足以帮助冷却设备。图3中显示了一个示例，Allegro可提供ACS711原型板上的布局。请注意，两个大的焊盘面积为4.5 mm，仅比非常小的QFN封装轮廓稍大。在此板上，两层4盎司。使用铜，通过热通孔连接（如果需要，可以填充或消除QFN下的铜）以提高热性能。由于某些客户发现在生产环境中很难做到这一点，因此可以根据需要填充或消除QFN下的通孔。

QFN电流传感器IC的PCB布局

安装在PCB上的QFN的热性能

使用图3的Allegro PCB，在一系列感测到的电流水平上进行了温度测量。图4显示了结果。该图显示，在85°C的环境温度下，传感器IC封装在达到建议的最高结点（芯片）温度165°C之前可以承受45 A的连续电流。通过适当的PCB设计，该器件可以安全地用于环境温度为85°C的30 A连续电流应用中，在达到165°C的管芯温度之前，具有约50°C的安全裕度。

编辑：hfy