Как ACS712 может обращаться с 20 A?

Я искал некоторые микросхемы для измерения тока и нашел ACS712, но я не могу понять, как, по-видимому, маленькие пины могут выдерживать ток 20 А, поскольку калькуляторы ширины трассы говорят, что мне нужна трасса толщиной почти дюйм обрабатывать тот же ток.

Обратите внимание, что эта микросхема была снята с производства и не рекомендуется для новых разработок, вместо этого они рекомендуют ACS723. Он также поставляется в версии 30А на точно такой же упаковке.

Калькуляторы трассировки печатных плат опираются на основные предположения:

• Длинные распределенные следы.
• Тонкие проводящие слои.
• Допустимое повышение температуры применения с учетом геометрии платы и расположения следов

Для многих применений ограничивающим фактором будет сопротивление трассы и допустимое падение напряжения. В других приложениях повышение температуры печатной платы будет влиять на рассеиваемую мощность для компонентов в ней. Но если эти факторы не являются критическими, более тонкие следы становятся возможными.

Но на IC ни одно из этих предположений действительно не выполняется:

• Штыри и связанный с ними припой значительно толще слоя печатной платы, к которому они прикреплены.
• Микросхемы представляют собой небольшие компоненты с сосредоточенными параметрами, рассеиваемая мощность которых ограничена их размером и площадью радиатора, обеспечиваемой печатной платой (если не используются дополнительные радиаторы).

Основными ограничениями тока на микросхеме будут:

• Пропускная способность токоподводящих проводов (это по сути предохранители)
• Рассеиваемая мощность
• Область печатных плат, предназначенная для рассеивания мощности.

На этой конкретной микросхеме ясно, что следы питания даже не связываются с самой микросхемой, то есть с ними не связаны никакие соединительные провода. Он основан на тонком коротком металлическом мостике, являющемся частью упаковки, для создания магнитного поля, которое взаимодействует с датчиком Холла внутри ИС. Он указывает, что общее сопротивление этого моста (включая сами штыри) должно быть менее 1,5 мОм.

Это означает, что при 30 А микросхема будет рассеивать менее 1,4 Вт, что при монтаже, как указано в техническом паспорте, означает повышение температуры на 32 ° C выше температуры окружающей среды (намного меньше, чем максимальная характеристика 80 ° C). Снижение температуры микросхемы, скорее, является вопросом поддержания точности, а не рассеивания мощности.

Также обратите внимание, что лист данных требует некоторой площади рассеивания. Предоставляя 1500мм ^ 2 унции меди для рассеивания, повышение температуры снижается до 7 ° C. Такая область может быть легко обеспечена необходимыми толстыми следами на печатной плате.

Ваш вопрос касается практически всех сильноточных интегральных схем и устройств питания. Понятно, что сами провода представляют собой толстые медные провода, и их возможности выходят далеко за пределы 20А. Например, многие силовые полевые транзисторы могут обрабатывать импульсные токи в сотнях ампер.
Предоставление трассировки печатной платы для прохождения этого тока практически не имеет ничего общего с возможностями выводного каркаса устройства и соединительных проводов.

Это видео ACS, показывающее устройство, способное на 100А, может вам помочь. Обратите внимание, что количество печатных плат, подверженных воздействию 100А, очень мало, поскольку они имеют большие медные разъемы, прикрепленные болтами / припаянные непосредственно к плате рядом с устройством. Большинство калькуляторов толщины / ширины печатной платы рассчитывают падение напряжения по линейной длине с заданным CSA. Длина платы должна быть короткой, а падение напряжения меньше, поэтому рассеиваемая мощность меньше.

Это объяснение от Allegro может также помочь вам понять, почему токопроводящий проводник внутри ИС сужается, чтобы создать требуемое магнитное поле.

Основной проблемой при увеличении толщины медной платы является стоимость. Делать только выбранные дорожки на большой толщине исключительно дорого, и обычно это также увеличивает толщину вашей базовой печатной платы, обеспечивая механическую прочность крепежных проводов.

Гораздо дешевле поставить медную опорную рамку на печатной плате, на них можно поставить штамп и SMT или сквозное отверстие. Смотрите здесь и здесь , и ищите в Google дополнительные опции.

Для малого количества DIY я просто припаиваю провод к дорожке печатной платы, просто и эффективно.

Если вы нацелены на 20 А на печатной плате, вам, вероятно, потребуется разработать ее с использованием более толстых слоев меди. И используйте внешние слои для таких следов. И, возможно, используйте припой наверху следов, посмотрите это . Многие печатные платы обычно предлагают медь толщиной 4 унции / фут2, а калькуляторы дают разумную ширину следа ~ 180 мил (шириной ~ 5 мм). А след может быть даже меньше (до 120 мил), если вы можете позволить себе повышение температуры на 20С:

Вы также можете использовать следы на обеих сторонах печатной платы и прошивать их, чтобы их ширина составляла всего 1,5 мм.

Большая часть сопротивления 1,2 мОм находится в крошечной петле на нижних штырьках для работы датчиков эффекта Холла. Изоляция 2,1 кВРМС представляет собой встроенный эпоксидный зазор.

Это должно нести этот ток, но не очень далеко.

Таким образом, остальная часть токовой петли зависит от вашего дизайна.

По замыслу вы сохраняете небольшую и короткую область токовой петли с заземлением или плоскостью питания или с разгрузкой на аналогичные контакты 1 мОм и тяжелые кабели и т. Д.

Как правило, самоподключающие токовые шунты падают максимум на 50 мВ, чтобы ограничить рассеяние мощности для шунтирующего резистора, а затем использовать усиление высокого напряжения. Эта микросхема падает только 24 мВ, поэтому рассеивание при 20 А составляет всего 480 мВт.

Он также гальванически изолирован. Таким образом, есть много преимуществ, и Allegro специализируется на создании нелинейных эффектов датчиков Холла, компенсирующих разумную погрешность.

Дьявол кроется в деталях. То, что датчик может измерять до 20 А, не означает, что вы должны это делать.

Почему ты не должен? Если вы используете такой датчик для какой-либо формы управления и ваш целевой ток составляет 20А, вам не нужен датчик, который измеряет только до 20А, поскольку вы потеряете детали измерения. Точно так же у вас не будет индикации перегрузки по току.

Обычно вы выбираете датчик 20А, когда хотите измерять / контролировать 10-15А. Это помогает снизить текущее напряжение на контактах.

Тем не менее, вы будете удивлены, сколько тока могут выдержать такие контакты. Если вы прочитаете таблицу, то увидите, что соответствующее сопротивление этой петли составляет 1,2 мР, что приведет к потерям в 480 мВт. Это ужасно много, и его нужно будет извлечь из устройства, и это будет связано с подключенными трассировками. Контакты и связанное с ними соединение могут выдерживать 5-кратный номинальный ток.

По сути, существует разница между способностью измерять и способностью измерять непрерывно. Если вы хотите использовать такое устройство для непрерывных измерений, вам необходимо обеспечить подходящее управление температурой, чтобы чип и окружающие соединения находились в пределах технических характеристик.

Что касается следов. IPC-2152 дает направление относительно того, насколько широкими должны быть трассы для переноса такого тока для данного временного диапазона.

0,5 унции -> 60 мм в ширину след.
1 унция -> 30 мм в ширину.
2 унции -> 17 мм в ширину.
3 унции -> 12 мм в ширину.
4 унции -> 7,5 мм в ширину.

Точно так же это может быть реализовано из многослойного, чтобы разделить ток нагрузки

Что касается отвода тепла, один квадрат медной фольги стандартной толщины (1 унция на квадратный фут, толщиной 1,4 мил или толщиной 35 микрон) имеет тепловое сопротивление от края до противоположного края 70 градусов Цельсия на ватт. Вы можете ПЛАНИРОВАТЬ отвод тепла от этих микросхем измерения тока.

Во-первых, на устройстве есть два контакта, которые несут ток, и дизайнеры наверняка позаботились о том, чтобы ток был равномерно распределен между ними.

Два штырька составляют около 0,8 мм² меди, что примерно соответствует AWG20 . Как вы можете видеть, они должны выдерживать около 50А в течение 10 секунд, прежде чем они расплавятся, поэтому 20А не является невозможным, хотя и довольно высоким.