Wie kann der ACS712 Pin mit 20 A umgehen?

Ich bin auf der Suche nach Strommess-ICs und habe den ACS712 gefunden. Was ich jedoch nicht herausfinden kann, ist, wie die scheinbar kleinen Pins mit dem Strom von 20 A umgehen können, da die Leiterbahnbreitenrechner sagen, dass ich eine Leiterbahn mit einer Dicke von fast einem Zoll benötige mit dem gleichen Strom umgehen.

Beachten Sie, dass dieser IC nicht mehr hergestellt wird und nicht für neue Designs empfohlen wird. Stattdessen wird der ACS723 empfohlen. Es kommt auch auf einer 30A-Version auf genau dem gleichen Paket.

PCB-Trace-Rechner stützen sich auf Grundannahmen:

• Lange verteilte Spuren.
• Dünne leitende Schichten.
• Akzeptabler Anstieg der Anwendungstemperatur bei gegebener Leiterplattengeometrie und Leiterbahnplatzierung

Bei vielen Anwendungen ist der begrenzende Faktor der Widerstand der Leiterbahn und der zulässige Spannungsabfall. In anderen Anwendungen wirkt sich der Temperaturanstieg der Leiterplatte auf die verfügbare Verlustleistung für die darin enthaltenen Komponenten aus. Wenn diese Faktoren jedoch nicht kritisch sind, werden dünnere Spuren möglich.

Aber auf einem IC trifft keine dieser Annahmen wirklich zu:

• Stifte und das damit verbundene Lot sind erheblich dicker als die Leiterplattenschicht, auf der sie angebracht sind.
• ICs sind kleine konzentrierte Komponenten, deren Verlustleistung durch ihre Größe und den von der Leiterplatte bereitgestellten Kühlkörperbereich begrenzt ist (sofern keine zusätzlichen Kühlkörper beteiligt sind).

Die Hauptbeschränkungen für den Strom in einem IC wären:

• Strombelastbarkeit von Bonddrähten (dies sind im Wesentlichen Sicherungen)
• Package / IC-Verlustleistung
• Leiterplattenbereich für die Verlustleistung.

Auf diesem speziellen IC ist klar, dass die Stromspuren nicht einmal den IC selbst berühren, das heißt, dass ihnen keine Bonddrähte zugeordnet sind. Es basiert auf einer dünnen, kurzen Metallbrücke, die Teil des Gehäuses ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das mit dem Hallsensor im IC interagiert. Der Gesamtwiderstand dieser Brücke (einschließlich der Stifte selbst) beträgt weniger als 1,5 mΩ.

Dies bedeutet, dass der IC bei 30 A weniger als 1,4 W verbraucht, was bei der Montage gemäß den Angaben im Datenblatt einen Temperaturanstieg von weniger als 32 ° C gegenüber der Umgebungstemperatur bedeutet (viel weniger als die maximale Spezifikation von 80 ° C). Das Verringern der IC-Temperatur scheint eher eine Frage der Aufrechterhaltung der Präzision zu sein, als die Verlustleistung zu bewältigen.

Beachten Sie auch, dass das Datenblatt eine gewisse Verlustfläche vorsieht. Durch die Bereitstellung von 1500 mm2 2 Unzen Kupfer zur Ableitung wird der Temperaturanstieg auf nur 7 ° C reduziert. Ein solcher Bereich könnte leicht durch die erforderlichen dicken Leiterbahnen in der Leiterplatte bereitgestellt werden.

Ihre Frage gilt für praktisch alle Hochstrom-ICs und Leistungsgeräte. Es ist klar, dass die Zuleitungen selbst dicke Kupferdrähte sind und die Kapazität weit über 20 A hinausgeht. Viele Leistungs-FETs können beispielsweise Impulsströme von 100 Ampere verarbeiten.
Das Bereitstellen von Leiterplattenspuren, damit dieser Strom fließen kann, hat fast nichts mit der Fähigkeit des Geräte-Leadframes und der Verbindungsdrähte zu tun.

Dieses ACS-Video, das ein Gerät mit 100 A zeigt, kann Ihnen dabei helfen. Beachten Sie, dass die Menge der Leiterplatten, die dem 100A ausgesetzt sind, sehr gering ist, da große Kupferstecker direkt an der Leiterplatte in der Nähe des Geräts angeschraubt / angelötet sind. Die meisten PCB-Dicken- / Breitenrechner berechnen den Spannungsabfall über eine lineare Länge mit einem gegebenen CSA. Halten Sie die Leiterplattenlänge kurz und den Spannungsabfall geringer, damit die Verlustleistung geringer ist.

Diese Erklärung von Allegro kann Ihnen auch helfen, zu verstehen, warum der stromführende Leiter innerhalb des ICs verengt wird, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.

Das Hauptproblem bei der Erhöhung der PCB-Kupferdicke sind die Kosten. Es ist außerordentlich teuer, nur ausgewählte Leiterbahnen mit hoher Dicke auszuführen. Normalerweise wird dadurch auch die Dicke der Basisplatine erhöht, um die mechanische Festigkeit der Befestigungsdrähte zu gewährleisten.

Es ist viel billiger, einen Kupfer-Leadframe auf der Leiterplatte vorzusehen. Diese können gestanzt und entweder SMT oder durchbohrt werden. Sehen Sie sich hier und hier um und suchen Sie bei Google nach zusätzlichen Optionen.

Für kleine Stückzahlen löte ich einfach einen Draht auf die Leiterbahn, einfach und effektiv.

Wenn Sie 20 A auf einer Leiterplatte anvisieren, müssen Sie diese wahrscheinlich mit dickeren Kupferschichten entsprechend gestalten. Und verwende für solche Spuren externe Ebenen. Und vielleicht Lötzinn auf Spuren verwenden, siehe dies . Viele Leiterplattenhäuser bieten routinemäßig Kupfer mit einer Dicke von 4 oz / ft2 an, und Taschenrechner bieten eine vernünftige Leiterbahnbreite von ~ 180 mil (~ 5 mm breit). Die Spur kann sogar noch kleiner sein (bis zu 120 mil), wenn Sie sich einen Temperaturanstieg von 20 ° C leisten können:

Sie können auch Leiterbahnen auf beiden Seiten der Leiterplatte verwenden und diese zusammennähen, sodass sie nur 1,5 mm breit sind.

Der größte Teil des 1,2 mΩ-Widerstands befindet sich in der kleinen Schleife an den unteren Stiften, damit die Hall-Effekt-Sensoren funktionieren. Die 2,1 kVRMS-Isolierung ist die eingebettete Epoxidlücke.

Es muss diesen Strom tragen, aber nicht sehr weit.

Der Rest der Stromschleife hängt also von Ihrem Design ab.

Aufgrund des Designs halten Sie die Stromschleifenfläche klein und kurz zur Masse oder zur Stromebene oder entladen sie zu ähnlichen 1-mΩ-Kontakten und schweren Kabeln usw.

Im Allgemeinen sinken die DIY-Stromshunts auf maximal 50 mV, um die Verlustleistung für einen Power-Shunt-Widerstand zu begrenzen, und verwenden dann eine hohe Spannungsverstärkung. Dieser IC gibt nur 24 mV ab, sodass die Verlustleistung bei 20 A nur 480 mW beträgt.

Es ist auch galvanisch getrennt. Es gibt also viele Vorteile, und Allegro hat sich darauf spezialisiert, die nichtlinearen Effekte von Hallsensoren mit angemessenen Fehlertoleranzen zu kompensieren.

Der Teufel steckt im Detail. Nur weil der Sensor bis zu 20A messen kann, heißt das nicht, dass Sie es tun sollten.

Warum solltest du nicht? Wenn Sie einen solchen Sensor für irgendeine Art der Steuerung verwenden und Ihr Zielstrom 20 A beträgt, möchten Sie keinen Sensor, der nur bis 20 A misst, da Sie Messdetails verlieren. Ebenso hätten Sie keine Überstromanzeige.

Normalerweise wählen Sie einen 20A-Sensor, wenn Sie 10-15A messen / regeln möchten. Dies hilft, die Strombelastung der Stifte zu verringern.

Sie werden jedoch überrascht sein, wie viel Strom solche Stifte verarbeiten können. Wenn Sie das Datenblatt lesen, sehen Sie, dass der zugehörige Widerstand dieser Schleife 1,2 mR beträgt, was die Verluste auf 480 mW bringen würde. Dies ist eine schreckliche Menge und müsste aus dem Gerät gezogen werden, und dies wäre über die verbundenen Spuren. Die Pins und die dazugehörige Verbindung können auch den 5-fachen Nennstrom überstehen.

Grundsätzlich besteht ein Unterschied zwischen der Fähigkeit zu messen und der Fähigkeit, kontinuierlich zu messen. Wenn Sie ein solches Gerät für kontinuierliche Messungen verwenden möchten, müssen Sie ein geeignetes Wärmemanagement bereitstellen, um den Chip und die umgebenden Verbindungen innerhalb der Datenblattgrenzen zu halten.

Was die Spuren betrifft. Der IPC-2152 gibt an, wie breit die Leiterbahnen sein müssen, um einen solchen Strom für eine gegebene Temperatur zu führen

0,5 oz -> 60 mm breite Spur.
30 mm breit.
2 oz -> 17mm breit.
3 oz -> 12mm breit.
4 oz -> 7,5 mm breit.

Ebenso könnte dies aus mehreren Schichten realisiert werden, um den Laststrom zu teilen

In Bezug auf die Wärmeabfuhr hat ein Quadrat aus Kupferfolie mit Standarddicke (1 Unze pro Quadratfuß, 1,4 Meilen dick oder 35 Mikrometer dick) einen Wärmewiderstand von 70 Grad Celsius pro Watt von der Kante zur gegenüberliegenden Kante. Sie können die Wärmeabfuhr von diesen Strommess-ICs PLANEN.

Erstens gibt es zwei Stifte am Gerät, die den Strom führen, und Designer haben mit Sicherheit dafür gesorgt, dass der Strom gleichmäßig zwischen den beiden aufgeteilt wird.

Zwei Stifte ergeben ca. 0,8 mm² Kupfer, was in etwa entspricht AWG20 entspricht . Wie Sie sehen, sollten sie 10 Sekunden lang ungefähr 50 A aushalten können, bevor sie schmelzen, so dass 20 A nicht unmöglich sind, wenn auch ziemlich hoch.