下一代大功率密度CB封装电流传感器的增强性能与特性

摘要

本应用注释介绍 Allegro MicroSystems 新型大电流 ACS772 霍尔效应电流传感器集成电路（IC）的使用，并概述其特性以及针对先前 Allegro 大电流传感器的改进。

介绍

ACS772 是 Allegro MicroSystems 长期生产的一系列大电流测量器件中的最新产品。ACS772 采用 Allegro 专有的 CB 封装，具有超高功率密度、高浪涌电流容量，并具有厂家编程选项，感应电流范围 50 - 250 A。CB 封装可以是通孔直接焊接到印刷电路板（PCB）上，并且该器件具有很高隔离度，无需使用光耦合器等昂贵的隔离技术。

ACS772 增强带宽 200 kHz，比其前身 ACS770 高出约 80 kHz。ACS772 不仅能更快地响应电流瞬变，而且通过专有补偿技术，它还具有更高的精度和最小的寿命漂移。由于采用相同的引脚排列和器件操作方式，ACS772 可以直接插入替代 ACS770 和 ACS758 插座。

CB 封装和隔离

CB 封装的内部配备铁磁体集中器，将来自载流迹线的场引导到霍尔元件的敏感平面中。图 1 表示组成 CB 封装的不同组件。穿过引脚框的电流产生磁场，由集中器器引导到 IC。信号引脚从包覆成型封装伸出，以连接外部电路。

图 1：CB 封装内部结构

霍尔效应电流传感器的本质决定了器件具备固有的隔离特性，这是因为载流引脚框架不需要以电气方式连接 IC。封装内的塑料成型化合物还使 IC 和引脚框的信号引脚绝缘。CB 封装已通过 UL 规范 60950-1 认证，如相关数据表中所示，额定值为 4800 VRMS 60 秒。

总输出误差与生命周期漂移

在可能的情况下，在应用内进行校准可能成本高昂，并且仅限于客户的线端生产系统。为此，Allegro 设计出 ACS772，它具有迄今为止所有
CB 电流传感器的最低寿命漂移。为了实现 ACS772 的最小寿命漂移，我们设计了指定总输出误差漂移的新方法。ACS772指定了包括寿命漂移的总输出
误差，因此无需为标称误差指定添加漂移值。

ACS772 在室温下的总输出误差降低 0.9％，并且寿命漂移比 ACS770 低约 2％。表 1 比较了 ACS772 和 ACS770
总输出误差寿命值。值得注意的是，数据表中没有以这种方式指定 ACS770；为了便于比较，已对较新的规格进行了转换。

表 1：ACS770 和 ACS772 总误差规格

温度	DUT	最小值
25°C 至150°C	770	–2.40%
772	–1.50%	±0.9%
–40°C to25°C	770	–3.50%
772	–3.50%	±1.7%
	总输出误差	包括寿命漂移的总输出误差

温度额定值

Allegro 电流传感器 IC 的最高结温 (T J(MAX) ) 为 165°C，所有 ACS772 器件均在 150°C 的环境温度 (T A ) 下进行测试。只要不违反最高结温规格，器件就可以在最高环境温度下安全工作。对于持续高电流应用中的器件，TA 值会降级，因为预计阻性加热会使内部温度接近最大结温。如表 2 所述，这些温度代码直接出现在设备编号后面的部件名称中：ACS772LCB-050B-PFF-T.

表 2：Allegro 温度代码

L	–40 至 150	±100	150
K	–40 至 125	±150	150
E	–40 至 85	±200	150
CB温度代码	额定 TA(°C)	电流感应范围 (A)	生产测试温度(°C)

电源电压等级

Allegro 对 ACS772 进行了优化，并在生产中进行编程，工作电压为 5 V。ACS773 采用与 3.3 V 电源轨相同的方式进行优化。有关详细信息，请参阅 Allegro 网站的器件数据表。

ACS772 和 ACS773 系列拥有针对 5 V 和 3.3 V 电源优化的器件，可替代Allegro 的任何老款器件，包括 ACS758、ACS759 和 ACS770。

欠压锁定

欠压锁定（UVLO）可防止 ACS772 在其优化电压范围之外工作；它还为系统提供有关电源电压降的诊断能力。为了使 ACS772 和 ACS770 正确加电，电压必须超过锁定阈值（V UVLOH )）并在预定时间（(t UVLOD ）内保持在该电平之上。如果器件未正确供电，输出将保持接地。此外，如果电源电压低于另一个阈值（V UVLOL ）足够长（t UVLOE ），输出将接地，并且器件必须重新供电。0 V 输出电压超出器件的预期范围，可能表示传感器在电源电压规格之外工作。这是针对 5 V 器件（ACS772）。

而 3.3 V ACS773 具有加电重置（POR）功能。这主要以相同的方式起作用，但在低于下限时没有计时器。器件立即关闭并进入高阻态。

成比例

ACS772/3 的比例输出根据电源电压的变化进行调整。由于 VCC 的变化，基于与电流传感器 IC 相同电源电压的 ADC 应用具有更小的测量误差。ACS758、ACS770 和 ACS772 的整个高电流产品系列，具有可提供这种增强性能的比例输出。

带宽和响应时间

与之前型号的 120 kHz 带宽相比，ACS772/3 的带宽增加到 200 kHz。这允许器件更快地响应电流瞬变，这在图 2 中突出显示，而响应时间参数的确切值在表 3 中进行比较。

图 2：ACS770 和 ACS772 的阶跃响应

表 3：响应时间比较

ACS772	2.4	1.2	2.5
ACS770	4.1	2.4	4.6
ACS758	3.0	1.0	4.0
规格	上升时间 (μs)	传播延迟 (μs)	响应时间 (μs)

噪声性能

可以预期，更高的带宽需要更高的噪声，但 ACS772 不仅具有更高的带宽，而且还具有与 ACS770 类似的噪声性能。下面表 4 比较了典型的噪声值，并计算了 ACS772 的 200 kHz 和 120 kHz 滤波操作。

表 4：噪声比较

ACS772	160	200	90
120^[1]^	70
ACS770	190	120	83
ACS758	90	120	37
部件号	噪声密度(μA / √Hz)	带宽(kHz)	RMS 噪声(mARMS)

[1] 过滤后与较低带宽的 ACS770 和 ACS758 器件进行比较。

图 3 非常明显的展示每个器件的噪声，其中对噪声密度进行了比较。所有这些器件的额定值都是 150A，并具有相同增益 13.33mV / A。

图 3：ACS758、ACS770 和 ACS772 噪声比较

结论

采用 CB 封装的 Allegro 下一代 ACS772 和 ACS773 器件可在整个使用寿命内在较宽的工作温度范围内，提供更快的响应时间和更高的精度。这些传感器非常适合需要下一代改进的应用，并提供各种电流范围和电源电压，以满足任何应用需求。完全相同的封装和操作使 ACS772 和 ACS773 可以直接替代 Allegro ACS758、ACS759 和 ACS770 器件。

意瑞半导体即将推出ACS772的国产替代产品CH708，敬请期待

　　审核编辑：汤梓红