Allegro MicroSystemsのMaxwell McNallyによるこのアプリケーション ノートでは、新しい高度に絶縁された高帯域幅のACS733ホール効果電流センサー集積回路 (IC) の使用法について説明し、その機能と高速変流器 (CT) 電流検知ソリューションに対する利点の概要を示します。
差動センシング
測定に磁場を利用する現在のセンシング技術は、外部磁場によって性能が低下する可能性があります。ACS733は、入力電流によって生成されるフィールドの反対極性を測定する2つのホール プレートを使用することで、コモン モード フィールドを除去できます。これにより、部品を他の電流トレースの近くで使用できるようになります。ACS733は、均一で一定の電界に対して約 -40 dBのコモンモード電界除去性能を備えています。差動センシングの詳細については、アプリケーション ノート「コアレス ホール効果電流センサーICにおけるコモン モード フィールド除去」を参照してください。
CTコアは外部磁場の存在下で飽和し、デバイスの動作特性が変化する可能性があるため、ACS733のコモンモード磁場除去はCTよりも優れています。
ノイズと感度
ACS733の標準的なノイズ密度は80 µA/√Hzです。1 MHzの全帯域幅にわたって、入力換算総ノイズは100 mARMSになります。感度が異なると、このアンペア誤差は出力で異なるレベルのmV誤差として現れますが、これは部品に有効な100 mAの分解能があることを示しています。以下の表1は、ACS733の現在提供されている感度で見られるmV出力誤差を比較したものです。ただし、オーバーサンプリングと平均化によってデバイスの有効帯域幅を減らすか、RCフィルターで出力をフィルタリングすることで、このノイズを減らすことができます。
表1: 感度と結果として生じるmVノイズ
高帯域幅操作と高速応答時間
ACS733は1 MHzの高動作帯域幅を備えています。このデバイスの高速アナログ信号パスは、Allegroの完全統合型電流センサーICの中で最速の応答時間を実現します。ステップ入力に対する通常の応答時間は出力で800 ns未満であり、通常の障害出力は600 ns未満で応答します。図1は、ACS733の電流ステップに対する応答を、一般的な変流器 (CT) の応答と比較して示しています。どちらも1 µsの入力ステップに非常に速く応答します。
図1: CTとACS733のステップ応答の比較
ユーザー設定可能な過電流障害検出
ACS733の追加機能として、ユーザーが設定可能な過電流オープンドレインNMOS障害出力があります。これにより、過電流または短絡イベントの報告がさらに速くなります。このピンは、アナログ出力信号のADC変換よりも速く過電流イベントを検出します。ACS733の障害レベルは、VOCピンの単純な抵抗分割器を使用して、最大プライマリ検出電流 (IPR(MAX)) の50% からIPR(MAX) の200% までの任意のレベルに設定できます。これにより、顧客は特定のアプリケーションに対して過電流レベルを簡単に設定できるようになります。
VOCピンの抵抗分割器は、障害レベルをIPR(MAX) の50% に設定するにはVCCの10% のレベルに設定され、障害レベルをIPR(MAX) の200% に設定するにはVCCの40% の電圧レベルに設定されます。以下の表2は、ACS733の4つの異なる障害レベルでの計算を示しています。式1は、任意の障害レベルに対するVCCのパーセントの計算を示しています。
VOCパーセント = 障害パーセント × 0.2 (1)
障害が検出されない場合、障害信号はハイになります。過電流イベントが発生すると、オープンドレインNMOS出力がFAULTピンの出力を低く引き下げます。下の図2は、電流ステップ入力に応答した障害出力の機能を示しています。デバイスにはオープンドレインNMOS出力があるため、マルチフェーズ システムではコントローラの単一の障害割り込みデジタルI/Oピンに論理OR接続できます。
図2: ACS733過電流障害検出
コンパクトなフォームファクタ 変流器はかさばるため、電流を感知するために巻線と抵抗負荷を備えたオフセット コアが必要です。ACS733は、最小限のプリント回路基板 (PCB) 面積を占める標準SOIC16W表面実装パッケージに完全に統合されたセンシング ソリューションです。下の図3は、ACS733のサイズを2つのCTと比較したものです。システムのサイズを最小限に抑えようとする場合、基板上の電流トレースをPCBに取り付けられた部品まで配線できれば、スペースを大幅に節約できるという利点があります。
図3: ACS733と電流トランスのサイズ比較
高電圧絶縁
小型にもかかわらず、特許取得済みのパッケージ技術により高電圧絶縁を実現します。磁場のみを検知する必要があるため、高電流ピンは低電圧信号ピンから分離されています。SOIC16W (LAパッケージ) のACS733は、UL 60950-1 (第2版) に準拠した3600 VRMSの認定を受けています。
結論
ACS733には、高速かつ高電圧の絶縁電流検知が必要な場合に大きな利点をもたらすさまざまな機能が備わっています。LA SOICWパッケージは、統合が容易で、かさばる変流器ソリューションに比べてPCB面積を削減できる表面実装ソリューションです。ACS733のSOIC16ワイドボディ パッケージは、電流を流すトレースから信号ピンまで3600 VRMSの絶縁を提供します。センサーICは、Allegro工場で動作温度範囲にわたって最適化されており、過電流や短絡イベントが発生したときに高速デジタル出力を提供するオープンドレインNMOS FAULT出力を提供します。この完全に統合されたセンシング技術は、自動車および産業用アプリケーションと互換性のある真のシステムオンチップ ソリューションであり、エンジニアがアプリケーションに簡単に設計できるようになります。