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產(chǎn)品分類

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類型分類:
科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
電流傳感器

表面貼裝電流傳感器 IC 的直流與瞬態(tài)電流能力/熔斷特性

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:91

下載 PDF 版

作者:Alex Latham 與 Scott Milne,
Allegro MicroSystems, LLC

簡(jiǎn)介

Allegro MicroSystems LLC 提供了品類齊全的采用集成導(dǎo)體的電流傳感器 IC 產(chǎn)品系列。這些產(chǎn)品可用于在各種應(yīng)用中測(cè)量電流,這些應(yīng)用包括電機(jī)控制、逆變器、負(fù)載檢測(cè)與管理,以及過(guò)電流故障監(jiān)測(cè)。對(duì)于正常工作電流最大達(dá) 50 A 的應(yīng)用,Allegro 提供了許多采用標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝型封裝的電流傳感器 IC,例如 SOIC-8、SOICW-16、QSOP-24 和 QFN1。由于采用了集成導(dǎo)體,所以這些傳感器 IC 需要與它們測(cè)量的電流串聯(lián)。集成導(dǎo)體的電阻極低(1.2 mΩ 或更小,具體取決于封裝類型),因此它們?cè)谡9ぷ鳒囟认拢粫?huì)產(chǎn)生極少的熱量。但是與電流路徑內(nèi)的所有組件一樣,當(dāng)電流強(qiáng)度超過(guò)額定電流值(由于短路、沖擊電流或其他瞬態(tài)條件造成)時(shí),理解這些組件的運(yùn)行方式很重要。

圖 1

圖 1:傳感器 IC 對(duì)比

進(jìn)行的測(cè)試與結(jié)果限制

本次研究的重點(diǎn)是 Allegro 提供的基于 SOIC-8、SOICW-16 和 QFN 封裝的電流傳感器 IC。必須注意的是,這些封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)因產(chǎn)品的不同而各異,即使它們使用的是同類的 SOIC-8 或 SOICW-16 封裝。特別是下表顯示的封裝和相關(guān)的測(cè)試產(chǎn)品。

封裝導(dǎo)體產(chǎn)品
SOIC-8LC1: 1.2 mΩACS711KLC
ACS712
ACS713
ACS714
ACS715
ACS724LLC
ACS725LLC
ACS730KLC
LC2: 0.65 mΩACS722LLC
ACS723LLC
SOICW-16LA: 1 mΩACS710
ACS716
MA: 0.85 mΩACS717
ACS718
ACS722KMA
ACS723KMA
ACS724KMA
ACS725KMA

除非另有說(shuō)明,否則本文提供的所有數(shù)據(jù)都是在室溫條件下的產(chǎn)品上收集的,這些產(chǎn)品都焊接在 Allegro2研發(fā)的產(chǎn)品專用演示板上。散熱特性,特別是中等電流 (<150 A) 下的散熱特性會(huì)因用于電流傳感器 IC 附近的大電流軌跡的 PCB 布局的不同而變化。其他因素,例如 PCBA 是否采用保形涂層封裝(即是否“密封”),以及 放置 PCBA 的外殼都會(huì)影響系統(tǒng)的熱特性。本次研究的目的是對(duì)比以上列出的產(chǎn)品系列的相對(duì)性能,并說(shuō)明每種封裝能經(jīng)受的電流強(qiáng)度和耐受時(shí)間。應(yīng)在要使用這些部件的具體應(yīng)用環(huán)境下,對(duì)它們承載大電流的能力進(jìn)行驗(yàn)證。

測(cè)試結(jié)果

大電流脈沖行為(熔斷特性)

當(dāng) Allegro 的集成導(dǎo)體電流傳感器暴露在大電流中時(shí),可能出現(xiàn)兩種不同的故障模式。根據(jù)通過(guò)導(dǎo)體的電流的量級(jí)和持續(xù)時(shí)間,可能出現(xiàn)下列一種或兩種故障模式:

  1. 熱暴露可能損壞模具,當(dāng)模溫超過(guò) 165°C 時(shí),可能出現(xiàn)這種情況。

  2. 一次導(dǎo)體將作為熔絲裝置。

圖 2 顯示了 LC1 封裝(ACS712/3/4/5 與 ACS724/5 器件)的此類故障模式的時(shí)間與電流的對(duì)比曲線。藍(lán)色曲線代表導(dǎo)體熔斷經(jīng)歷的時(shí)間,黑色曲線代表模具達(dá)到 165°C 時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間。在中等電流下 (

圖 2

圖 2:LC1 (SOIC-8) 封裝類型的熔斷與超溫時(shí)間和電流的對(duì)比

除了故障點(diǎn)以外,當(dāng)傳感器 IC 熔斷時(shí)的故障行為也很重要。通常,當(dāng)集成導(dǎo)體熔斷時(shí),導(dǎo)體最薄的部分會(huì)解體,封裝可能斷裂。在進(jìn)行的所有試驗(yàn)中,當(dāng)器件在超溫前熔斷時(shí),故障不會(huì)在器件的一次和二次導(dǎo)體之間造成短路。但如果封裝已損壞,器件的隔離電壓就會(huì)受到影響。

圖 3

圖 3:安全工作區(qū) - 模溫達(dá)到 165°C 或熔斷(以先出現(xiàn)的為準(zhǔn))所需的時(shí)間與電流的對(duì)比。

還要注意的是,如果封裝在熔斷前超溫,就更容易出現(xiàn)熔斷故障。這類故障在圖 2 中的淡灰色區(qū)域(超過(guò)安全工作區(qū))發(fā)生,那里是封裝熔斷前出現(xiàn)超溫的區(qū)域。在此類情況下,由于存在大量的熱量,所以系統(tǒng)會(huì)更積極地響應(yīng)在這些條件下出現(xiàn)的超溫故障。圖 4 顯示了測(cè)試的每種封裝的熔斷時(shí)間。但必須指出的是,只能在圖 2 和圖 3 顯示的安全工作區(qū)內(nèi)操作部件。

圖 4

圖 4:熔斷時(shí)間 - 一次導(dǎo)體熔斷所需的時(shí)間與電流的對(duì)比。

直流電流能力

與各種量級(jí)和持續(xù)時(shí)間的大電流脈沖的響應(yīng)差異相似, IC 的相同物理特性、PCB 布局和應(yīng)用組件將影響器件經(jīng)受持續(xù)電流和將模溫保持在 165°C 以下的能力。影響部件安全承載持續(xù)大電流能力的另一個(gè)因素是環(huán)境溫度。圖 5 顯示了測(cè)試的每種封裝的模具升溫與直流電流的對(duì)比。這可以增加到環(huán)境溫度中,以確定模具的絕對(duì)溫度,從而可以確定,在規(guī)定的環(huán)境溫度下,模具超過(guò)最高絕對(duì)溫度 165°C 之前的最大容許電流。例如,如果環(huán)境溫度是 45°C,通過(guò) ACS723LLC(LC2 封裝)的連續(xù)電流是 50 A,封裝內(nèi)部的預(yù)計(jì)模溫會(huì)達(dá)到 115°C 的穩(wěn)態(tài)值(45°C 環(huán)境溫度 + 70°C 升溫)。

圖 5

圖 5:每種封裝類型的模具升溫與電流的對(duì)比


1對(duì)于電流強(qiáng)度 >50 A 的應(yīng)用,請(qǐng)參閱50 - 200 A 集成導(dǎo)體傳感器 IC 了解更多信息。

2網(wǎng)站中每種傳感器的常見(jiàn)問(wèn)題部分提供了演示板 Gerber 文件。

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