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作者：Maxwell McNally, Allegro MicroSystems, LLC

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摘要

本應用注釋介紹了 Allegro MicroSystems 新型高隔離、高帶寬 ACS733 霍爾效應電流傳感器集成電路 (IC) 的應用情況，并概述了其在高速電流互感器 (CT) 電流檢測解決方案中的特點和優勢。

介紹

ACS733 是第一款 1MHz 帶寬霍爾效應電流傳感器 IC，并采用 Allegro 的 3600 V _RMS 隔離技術。該傳感器為用戶提供了精確、低成本的解決方案，該器件尺寸小，以高帶寬實現隔離電流感測。該器件的高帶寬由高速模擬信號路徑實現，該路徑采用差分傳感來隔離對共模磁場的干擾。圖 1 顯示該器件的引腳排列。該 IC 采用寬體 SOIC 16 引腳 LA 封裝。引腳 1 至 8 為電流輸入保留，4 個引腳為正極和負極端子。這些引腳都采用低電阻引線框銅進行內部連接，以獲得更好的散熱性能。

ACS733 引腳 9 至 16 輸出信號引腳。VCC 和 GND 用于為器件供電，VIOUT 是代表 IP 總線檢測電流電平的模擬輸出。檢測到低電流時，FAULT引腳為高電平，但是如果檢測到高于某個閾值的電流，則會被拉低。該電平在 VOC 引腳上設置，電壓分壓等級為 VCC 的百分比，相當于器件最大額定電流的百分比。PROGRAM 引腳用于工廠校準，應該接地以獲得最佳的 ESD 性能。

圖 2 的方框示意圖顯示器件的內部方框圖。溫度傳感器使 Allegro 可以在整個溫度范圍內微調零安培輸出電壓和靈敏度（信號路徑增益）。IC 將溫度補償值存儲在 EEPROM 中，在器件的整個工作溫度范圍內提供穩定或高精度的輸出信號。

差分感應

依靠磁場進行測量的電流傳感技術會受到外部磁場的影響。通過使用兩個霍爾效應極板來測量輸入電流產生磁場的相反極性，ACS733 能夠抑制共模場。這樣可以在其他電流軌跡旁邊使用部件。ACS733 具有大約 -40 dB 的共模場抑制，可用于均勻恒定的場。有關差分檢測的更多信息，請參見應用注釋“無芯霍爾效應電流傳感器 IC 中的共模場抑制”。

ACS733 的共模場效應抑制比 CT 更具優勢，因為在外部磁場存在的情況下，CT 內核可能飽并并改變器件的工作特性。

噪聲和靈敏度

ACS733 的典型噪聲密度為 80μA/√Hz。在 1MHz 的整個帶寬內，就成為 100MARMS 的輸入參考總噪聲。在不同的靈敏度下，該安培誤差將在輸出端顯示為不同的 mV 誤差水平，但是這表明該部件具有有效的 100mA 分辨率。下面的表 1 比較了 ACS733 當前提供靈敏度所見的 mV 輸出誤差。但是，通過減少器件的有效帶寬、或是超量采樣和取平均值，或者用 RC 濾波器對輸出進行濾波，可以降低噪聲。

表 1：靈敏度和結果 mV 噪聲

高帶寬操作和快速響應時間

ACS733 具有 1 MHz 的高工作帶寬。該器件的高速模擬信號路徑提供了任何 Allegro 全集成電流傳感器 IC 的最快響應時間。典型的輸入階躍響應時間<800 ns，典型的故障輸出響應時間 <600 ns。圖 3 顯示了與典型電流互感器（CT）的響應相比，ACS733 對電流階躍的響應。兩者都能非常快速地響應 1μs 輸入階躍。

用戶可設置的過流故障檢測

ACS733 的附加功能是用戶可設置的過流漏極開路 NMOS 故障輸出。這可以更快地報告過電流或短路事件。該引腳的過流事件偵測速度比模擬輸出信號 ADC 轉換更快。ACS733 的故障電平可以設置為從最大初級感應電流 (I_PR(MAX))的 50％ 到 I_PR(MAX)的 200％ 的任何電平，只需使用 VOC 引腳上的電阻分壓器。這為客戶提供了一種簡單的方法來為其特定應用設置過流電平。

VOC 引腳上的電阻分壓器的電平設置為 VCC 的 10％，以將故障電平設置為 I_PR(MAX) 的 50％，設置為 VCC 的 40％，以將故障電平設置為 I_PR(MAX)的 200%。下面的表 2 顯示了 ACS733 在四種不同故障電平下的計算結果。公式 1 顯示了針對任何所需故障電平的 VCC 百分比的計算。

VOC_百分比= 故障_百分比 × 0.2       (1)

表 2：故障電平和電壓分壓器示例

未檢測到故障時，故障信號為高電平。發生過流事件時，開漏 NMOS 輸出將拉低FAULT 引腳的輸出。下面的圖 4 顯示了對應當前階躍輸入的故障輸出函數。由于器件具有漏極開路 NMOS 輸出，因此能針對多相系統，將其邏輯“或”地連接控制器的單個故障中斷數字I / O 引腳。

外形緊湊

電流互感器體積龐大，需要帶繞組的偏置鐵芯和電阻負載來檢測電流。ACS733 是采用標準 SOIC16W 表面貼裝封裝的全集成傳感解決方案，印刷電路板 (PCB) 面積占用最小。下圖 5 是與兩個 CT 相比的 ACS733 的尺寸。在嘗試最小化系統尺寸時，可以將板卡電流軌跡延伸到安裝到 PCB 上的部件，這就提供了顯著的空間節省優勢。

高壓隔離

盡管尺寸較小，但獲得專利的封裝技術可提供高電壓隔離。高電流引腳與低電壓信號引腳隔離，因為只需要感測磁場。符合 UL 60950-1（第二版）的 SOIC16W（LA 封裝）的 ACS733 已通過3600 VRMS 認證。

結論

ACS733 具有一系列特性，在需要高速和高電壓隔離電流檢測時，具有顯著的優勢。LA SOICW 封裝是一種表面貼裝解決方案，易于集成，并可減小笨重的電流互感器解決方案的 PCB 面積。ACS733的SOIC16寬體封裝從載流跡線到信號引腳提供 3600VRMS 隔離。傳感器 IC 在 Allegro 工廠進行了工作溫度范圍優化，并在發生過流和短路事件時提供漏極開路 NMOS FAULT 輸出，以實現快速數字輸出。這種完全集成的傳感技術是一種與汽車和工業應用兼容的片上系統解決方案，使工程師可以輕松地將其設計到應用方案中。