Sensore di corrente senza nucleo ALLEGRO ACS37610S
Linee guida per la progettazione del ponte doppio per ACS37610S
Christian Kasparek, Nathan Shewmon, Cédric Gillet, Xavier Blanc
Introduzione
Allegro Microsystems è stata pioniera nel rilevamento della corrente senza nucleo, eliminando la necessità di soluzioni ingombranti e costose basate su nucleo. L'ACS37610 è un sensore di corrente a effetto Hall ad alta precisione, progettato per il rilevamento della corrente senza contatto in applicazioni in cui la corrente scorre attraverso una barra collettrice o un PCB (link alla nota applicativa). Tradizionalmente, questo richiede una barra collettrice o un PCB con tacca, che presenta sfide di progettazione meccanica, in particolare per quanto riguarda il mantenimento di un allineamento preciso tra il sensore e la tacca in funzione della temperatura e per tutta la durata del sensore. Per risolvere questo problema, Allegro presenta l'ACS37610S in un SIP, consentendo progetti meccanici più flessibili e robusti. Questa nota applicativa descrive in dettaglio un nuovo design di barra collettrice a doppio ponte specificamente ottimizzato per l'ACS37610S, che migliora significativamente le prestazioni in termini di errore di spostamento.
Progettazione a doppio ponte e concetto di rilevamento
Il design a doppio ponte, illustrato nella Figura 1, è caratterizzato da due ponti paralleli con un foro centrale per alloggiare il sensore ACS37610S.
Il sensore è montato verticalmente sul PCB, con le piastre Hall allineate perpendicolarmente al piano del PCB, come illustrato nella Figura 2. La corrente che scorre attraverso la barra di distribuzione genera un campo magnetico che curls attorno a ciascun ponte. Il rilevamento differenziale del campo magnetico da parte delle due piastre di Hall, sensibili all'asse z, consente una misurazione affidabile annullando gli effetti dei campi magnetici dispersi.
Il volume di uscitatage Vout e la sensibilità possono essere calcolate con le seguenti equazioni
Dove CF è il fattore di accoppiamento, ∆V è l'intervallo di uscita e ∆I è l'intervallo di corrente totale.
Progettazione e prestazioni consigliate
Il design a doppio ponte consigliato, illustrato nella Figura 3, utilizza ponti larghi 2 mm, separati da 6 mm, ciascuno con una lunghezza di 10 mm. Il sensore è posizionato all'interno del foro centrale, assicurando che il punto medio delle piastre di Hall sia allineato esattamente con il centro del foro (fare riferimento alla scheda tecnica per i disegni tecnici dettagliati).
La tabella 1 mostra le prestazioni nel corsoview dell'ACS37610S in combinazione con il design a doppio ponte consigliato per una corrente di picco di 700 A. Questo valore di corrente di picco rappresenta una corrente massima tipica osservata nelle applicazioni automotive. Tuttavia, la sensibilità può essere programmata per funzionare a diversi intervalli di corrente. La tabella mostra i parametri prestazionali chiave per diversi spessori di sbarra (T) da 1 mm a 3 mm. I parametri sono stati ottenuti eseguendo simulazioni magnetiche in Ansys Maxwell. La geometria mostra un robusto fattore di accoppiamento di 260-290 mG/A. Questo fattore di accoppiamento è fondamentale per determinare la sensibilità del sensore alla corrente di picco secondo le equazioni sopra menzionate.
Tabella 1: Prestazioni suview del design a doppio ponte consigliato per una corrente di picco di 700 A e per diversi spessori delle sbarre collettrici.
| T = 3 mm | T = 2 mm | T = 1 mm | |
| Fattore di accoppiamento [mG/A] | 259 | 277 | 288 |
| Sensibilità per 700 A [mV/G] | 11.0 | 10.3 | 9.92 |
| Tolleranza di spostamento dx = 0.1/0.3 mm [%] | -0.2/-1.2 | -0.1/-1.3 | -0.2/-1.4 |
| Tolleranza di spostamento dy = 0.1/0.3 mm [%] | 0/0.2 | 0/0 | 0/0 |
| Tolleranza di spostamento dz = 0.1/0.3 mm [%] | 0.1/1.1 | 0.2/1.2 | 0.2/1.4 |
| Tolleranza della sbarra collettrice (±0.1 mm) [%] | 0.5 | 0.6 | 0.5 |
| Errore di guadagno a 1 kHz [%] | -0.8 | -0.6 | -0.2 |
| Spostamento di fase a 1 kHz [°] | -1.2 | -0.8 | -0.4 |
- Gli errori di spostamento sono mostrati per ±0.1 e ±0.3 mm in tutte le direzioni. Si prega di fare riferimento alla Figura 3 per un sistema di coordinate. Non vi è alcuna influenza per l'intervallo dato di ±0.3 mm lungo l'asse y. Si verifica un errore dell'1.2 e dell'1.4% per uno spostamento di 0.3 mm lungo gli assi x e z. Questo è molto inferiore all'errore di spostamento della geometria dell'intaglio, che è del 5% per soli 0.1 mm lungo l'asse z.
- L'errore di spostamento iniziale introdotto durante il posizionamento del sensore all'interno del ponte doppio può essere efficacemente eliminato tramite la calibrazione di fine linea. Questa calibrazione in genere comporta l'applicazione di una corrente nota e la regolazione dell'uscita del sensore in base alla corrente. Dopo la calibrazione, l'attenzione principale si sposta sullo spostamento che si verifica durante il funzionamento, che di solito è significativamente inferiore allo spostamento iniziale.
Analogamente, la tolleranza della barra collettrice, che rappresenta la variazione di fabbricazione nella larghezza di ciascun ponte, può essere compensata anche durante la calibrazione di fine linea. L'analisi ha considerato una deviazione di ±0.1 mm, con un'influenza di circa lo 0.5% sulla misurazione. - Le prestazioni AC del sensore, caratterizzate da errore di guadagno e sfasamento a 1 kHz, sono influenzate dallo spessore della barra collettrice. Le barre collettrici più sottili presentano una risposta in frequenza più piatta. Ad esempio, riducendo lo spessore della barra collettrice da 3 mm a 1 mm, l'errore di guadagno a 1 kHz si riduce dello 0.6% e lo sfasamento di 0.8°. La Figura 4 fornisce un'illustrazione dettagliata della risposta in frequenza per diversi spessori di barra collettrice (riga superiore) e larghezze di ponte (riga inferiore).
Figura 4: La riga superiore mostra la risposta in frequenza per diversi spessori di sbarre. Le sbarre più sottili mostrano una curva più piatta. La riga inferiore mostra la risposta in frequenza per diverse larghezze di ponte. I ponti più sottili mostrano una curva più piatta.
Per valutare la capacità termica del design a doppio ponte, è stata applicata una corrente continua di 700 A per 5 minuti sia a una barra collettrice solida di 3 mm di spessore che alla struttura a doppio ponte di 3 mm di spessore. La temperatura ambiente è stata mantenuta a 25 °C. La barra collettrice solida in rame, con dimensioni di 18×3 mm² (larghezza x spessore), ha raggiunto una temperatura di 130 °C. Nonostante la significativa riduzione del rame nel design a doppio ponte, la temperatura misurata è stata solo di 10 °C superiore, raggiungendo i 140 °C. È importante notare che i ponti più stretti non hanno mostrato surriscaldamenti localizzati né hanno agito come punti caldi.
700A applicati su barre collettrici da 3 mm di spessore (senza sistema di raffreddamento)
Conclusione
Il design a doppio ponte, combinato con il SIP ACS37610S, offre una soluzione robusta e ad alte prestazioni per il rilevamento della corrente senza contatto. Il suo principale vantaggiotagTra i vantaggi rientrano una migliore tolleranza agli errori di spostamento, flessibilità nella progettazione meccanica e buone prestazioni termiche. Contattare Allegro Microsystems per ulteriore assistenza.amples, o per discutere i requisiti specifici della tua applicazione.
Domande frequenti
Come posso eliminare gli errori di spostamento nella progettazione del ponte doppio?
È possibile eliminare efficacemente gli errori di spostamento tramite la calibrazione di fine linea, applicando una corrente nota e regolando l'uscita del sensore.
Documenti / Risorse
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