Come può il pin ACS712 gestire 20 A?

Sto cercando alcuni circuiti integrati di misurazione della corrente e ho trovato l'ACS712, ma quello che non riesco a capire è come i pin apparentemente piccoli possono gestire la corrente di 20 A poiché i calcolatori della larghezza della traccia dicono che ho bisogno di una traccia che sia quasi un pollice di spessore per gestire la stessa corrente.

Si noti che questo circuito integrato è stato sospeso e non è raccomandato per i nuovi progetti, raccomandano invece l'ACS723. Viene anche su una versione 30A sullo stesso pacchetto esatto.

I calcolatori di tracce PCB si basano su presupposti di base:

• Tracce distribuite lunghe.
• Strati conduttori sottili.
• Aumento accettabile della temperatura dell'applicazione data la geometria della scheda e il posizionamento della traccia

Per molte applicazioni, il fattore limitante sarebbe la resistenza della traccia e la quantità di caduta di tensione accettabile. In altre applicazioni, l'aumento di temperatura del PCB influirà sulla dissipazione di potenza disponibile per i componenti al suo interno. Ma se questi fattori non sono critici, diventano possibili tracce più sottili.

Ma su un CI nessuna di queste ipotesi vale davvero:

• I perni e la relativa saldatura sono notevolmente più spessi dello strato PCB a cui sono attaccati.
• I circuiti integrati sono piccoli componenti raggruppati, la cui dissipazione di potenza è limitata dalle loro dimensioni e dall'area del dissipatore di calore fornita dal PCB (se non sono coinvolti ulteriori dissipatori di calore).

Le principali limitazioni per la corrente su un IC sarebbero:

• Capacità di carico corrente dei cavi di collegamento (si tratta essenzialmente di fusibili)
• Dissipazione di potenza pacchetto / IC
• Area PCB dedicata alla dissipazione di potenza.

Su questo particolare IC, è chiaro che le tracce di potenza non contattano nemmeno l'IC stesso, cioè non ci sono fili di legame associati ad essi. Si basa su un sottile ponte metallico corto che fa parte del pacchetto per produrre un campo magnetico che interagisce con il sensore Hall all'interno dell'IC. Specifica che la resistenza totale di quel ponte (compresi i pin stessi) deve essere inferiore a 1,5 mΩ.

Ciò significa che a 30A l'IC dissiperà meno di 1,4 W, che, se montato come specificato nella scheda tecnica, implica un aumento della temperatura inferiore a 32 ° C rispetto all'ambiente (molto inferiore alla specifica massima di 80 ° C). Ridurre la temperatura IC sembra essere più una questione di mantenimento della precisione che di gestione della dissipazione di potenza.

Si noti inoltre che la scheda tecnica richiede una certa quantità di area di dissipazione. Fornendo 1500mm ^ 2 di rame 2oz per la dissipazione, l'aumento di temperatura viene ridotto a soli 7 ° C. Tale area potrebbe essere facilmente fornita dalle tracce spesse richieste nel PCB.

La tua domanda si applica praticamente a tutti i circuiti integrati e dispositivi di potenza ad alta corrente. È chiaro che i cavi stessi sono spessi fili di rame e la capacità va ben oltre i 20A. Ad esempio, molti FET di potenza sono in grado di gestire la corrente impulsiva nei 100 di ampere.
Fornire tracce PCB per consentire a questa corrente di fluire non ha quasi nulla a che fare con la capacità del leadframe del dispositivo e dei cavi di collegamento.

Questo video ACS che mostra un dispositivo in grado di 100A può aiutarti. Si noti che la quantità di PCB esposta a 100A è molto bassa poiché hanno connettori di rame di grandi dimensioni imbullonati / saldati direttamente al PCB vicino al dispositivo. La maggior parte dei calcolatori di spessore / larghezza PCB sta calcolando la caduta di tensione su lunghezza lineare con un determinato CSA. Mantenere la lunghezza del PCB corta e la caduta di tensione è inferiore, quindi la potenza dissipata è inferiore.

Questa spiegazione di Allegro può anche aiutarti a capire perché l'attuale conduttore portante all'interno dell'IC è ristretto per creare il campo magnetico richiesto.

Il problema principale con l'aumento dello spessore del rame PCB è il costo. È eccezionalmente alto costo per fare solo tracce selezionate ad alto spessore, e normalmente questo aumenterà anche lo spessore del PCB di base per fornire resistenza meccanica ai cavi di collegamento.

È molto più economico fornire un leadframe di rame sul PCB, questi possono essere stampati e SMT o foro passante. Vedi qui e qui e cerca su Google altre opzioni.

Per il fai-da-te di bassa quantità ho semplicemente saldato un filo sulla pista PCB, semplice ed efficace.

Se scegli come target 20 A su un PCB, probabilmente dovrai progettarlo di conseguenza usando strati di rame più spessi. E usa livelli esterni per tracce del genere. E forse usa la saldatura rinforzata sopra le tracce, vedi questo . Molte case PCB offrono abitualmente rame spesso 4 oz / ft2 e calcolatori offrono una larghezza di traccia ragionevole di ~ 180 mil (larghezza ~ 5mm). E la traccia può essere ancora più piccola (fino a 120 mil) se puoi permetterti un aumento della temperatura di 20 ° C:

Puoi anche usare tracce su entrambi i lati del PCB e cucirle, che possono renderle larghe solo 1,5 mm.

La maggior parte della resistenza da 1,2 mΩ si trova nel piccolo anello sui piedini inferiori affinché i sensori ad effetto Hall funzionino. L'isolamento da 2,1 kVRMS è il gap epossidico incorporato.

Deve portare questa corrente, ma non molto lontano.

Quindi il resto del loop corrente dipende dal tuo design.

In base alla progettazione, si mantiene l'area del circuito corrente piccola e corta con il piano di massa o di potenza o si scarica su contatti simili da 1 mΩ e cavi pesanti ecc.

Generalmente gli shunt di corrente fai-da-te scendono di 50 mV max per limitare la dissipazione di potenza per un resistore di shunt di potenza, quindi utilizza un guadagno di alta tensione. Questo circuito integrato scende solo a 24 mV, quindi la dissipazione a 20 A è solo di 480 mW.

Inoltre è galvanicamente isolato. Quindi ci sono molti vantaggi e Allegro è specializzato nel compensare gli effetti non lineari dei sensori Hall con tolleranze di errore ragionevoli.

Il diavolo è nei dettagli. Solo perché il sensore può misurare fino a 20A, non significa che dovresti.

Perché non dovresti? se stai usando un sensore del genere per una qualche forma di controllo e la tua corrente target è 20A, non vorrai un sensore che misura solo a 20A poiché perderai i dettagli della misurazione. Allo stesso modo non avresti alcuna indicazione di sovracorrente.

In genere si sceglie un sensore da 20A quando si desidera misurare / controllare 10-15A. Questo aiuta a ridurre lo stress attuale sui pin.

Tuttavia, rimarrai sorpreso dalla quantità corrente di tali pin in grado di gestire. Se si legge il foglio dati, si può vedere che la resistenza associata di questo circuito è 1,2 mR, il che porterebbe le perdite a 480 mW. Questo è terribile e dovrebbe essere estratto dal dispositivo e questo sarebbe attraverso le tracce collegate. I pin e la connessione associata possono sopravvivere anche 5 volte la corrente nominale.

Fondamentalmente c'è una differenza tra la capacità di misurare e la capacità di misurare continuamente. Se si desidera utilizzare tale dispositivo per la misurazione continua, è necessario fornire un'adeguata gestione termica per mantenere il chip e le connessioni circostanti entro i limiti della scheda tecnica.

Per quanto riguarda le tracce. L'IPC-2152 fornisce indicazioni su quanto devono essere ampie le tracce per trasportare tale corrente, per una data sorpresa

0,5 Oz -> 60 mm di traccia larga.
1 oz -> 30mm di larghezza.
2 oz -> 17mm di larghezza.
3 oz -> 12mm di larghezza.
4 once -> 7,5 mm di larghezza.

Allo stesso modo questo potrebbe essere realizzato su più livelli per condividere la corrente di carico

Per quanto riguarda la rimozione del calore, un quadrato di foglio di rame di spessore standard (1 oncia per piede quadrato, spessore 1,4 mm o spessore 35 micron) ha una resistenza termica da bordo a bordo opposto di 70 gradi centigradi per watt. È possibile pianificare la rimozione del calore da questi circuiti integrati di misurazione della corrente.

Prima di tutto, ci sono due pin sul dispositivo che trasportano la corrente e sicuramente i progettisti si sono assicurati che la corrente sia divisa equamente tra i due.

Due perni equivalgono a circa 0,8 mm² di rame, approssimativamente corrispondenti ad AWG20 . Come puoi vedere, dovrebbero essere in grado di resistere a circa 50A per 10 secondi prima che si sciolgano, quindi 20A non è impossibile, anche se piuttosto elevato.