霍尔效应电流传感的趋势

本文介绍了使用霍尔效应电流传感器集成电路的一些进展。本文档包含将主电流路径合并到系统中的各种封装概念、IC 参数的主要改进以及 UPS、逆变器和电池监控的典型应用电路的一些示例。

介绍

过去十年，工业、汽车、商业和通信系统对低成本、、小尺寸电流传感器解决方案的需求迅速增长。可以使用各种技术将电流转换为成比例的电压。霍尔效应磁性探测器的优点是与电流路径的固有电压隔离以及将霍尔元件和接口电子器件集成在单个硅芯片上。 [1] 新的设计理念和先进 BiCMOS 技术的系统使用使得 IC 性能得到进一步提高。通过支持在同一电流传感器 IC 中集成电源保护等附加功能，这些还为新产品方法打开了大门。

包装理念

Allegro 电流传感器 IC 器件的特点是将单片线性霍尔 IC 和低电阻初级电流传导路径集成到单次注塑封装中。通过霍尔传感器相对于铜导体的紧密接近和定位来优化设备精度。低功耗和高电压隔离是封装概念的本质特征。封装电流测量系统的终尺寸、形状和附加组件取决于待测量的初级电流的幅度。本节详细介绍了不同电流测量范围的创新封装技术。

电流高达 20 A

对于高达 ±20 A 的小标称电流，霍尔芯片和主电流路径采用标准尺寸 SOIC8 表面贴装封装，如图 1 和图 3 所示。这提供了一种紧凑、薄型的解决方案，可兼容具有大批量自动化电路板组装技术。倒装芯片技术的使用可以优化霍尔元件的有源面与被感测电流产生的磁场之间的磁耦合。因此不需要通量集中器。用于电流检测的铜路径的内阻通常为 1.5 mΩ，以实现低功耗。电源端子也与低压信号 I/O 引脚电气隔离。精心的 IC 和封装设计可以进一步改善器件的电压隔离，

图 1 ACS 封装的内部结构，显示 U 形初级铜导体和单个倒装芯片安装的霍尔 IC。

图 2 CB 封装的内部结构，显示初级导体（铜，左）、通量集中器（红色）以及线性 sip 霍尔 IC（黑色）和信号引脚（铜，右）。


图 3 ±20 A（LC 封装）和 ±200 A（CB 封装）电流传感器 IC 的照片，用硬币显示以进行比较。

电流高达 200 A

对于更高的电流，必须增加铜导体的横截面以适应 CB 封装中提供的材料内的电流密度。由于较厚的导体和线性霍尔元件之间存在磁耦合，因此必须使用通量集中器。铜路径、线性 SIP 霍尔器件和集中器在包覆成型之前经过组装。通过精心设计系统，初级导体电阻通常低至 100 ?Ω，并且初级路径和信号侧之间可实现 3 kV 的均方根隔离电压（60 Hz，持续 1 分钟）。图 2 显示了这种 ±200 A 电流传感器的内部结构，图 3 显示了该传感器和 ±20 A 封装类型的照片。