Jak styk ACS712 może obsłużyć 20 A?

Poszukuję układów scalonych do pomiaru prądu i znalazłem ACS712, ale nie mogę zrozumieć, w jaki sposób pozornie małe styki potrafią poradzić sobie z prądem 20 A, ponieważ kalkulatory szerokości śladu mówią, że potrzebuję śladu o grubości prawie cala do obsługi tego samego prądu.

Należy pamiętać, że ten układ scalony został wycofany i nie jest zalecany do nowych projektów, zamiast tego zalecają ACS723. Występuje również w wersji 30 A w dokładnie tym samym pakiecie.

Kalkulatory śledzenia PCB opierają się na podstawowych założeniach:

• Długie rozproszone ślady.
• Cienkie warstwy przewodzące.
• Dopuszczalny wzrost temperatury aplikacji przy danej geometrii płyty i rozmieszczeniu śladów

W wielu zastosowaniach czynnikiem ograniczającym byłaby rezystancja śladu i dopuszczalny spadek spadku napięcia. W innych zastosowaniach wzrost temperatury na płytce drukowanej wpłynie na dostępne rozproszenie mocy dla zawartych w niej komponentów. Ale jeśli te czynniki nie są krytyczne, możliwe stają się cieńsze ślady.

Ale na IC nie ma takiego założenia:

• Kołki i związany z nimi lut są znacznie grubsze niż warstwa PCB, do której są przymocowane.
• Układy scalone są małymi skupionymi komponentami, których rozpraszanie mocy jest ograniczone ich rozmiarem i obszarem radiatora zapewnianym przez płytkę drukowaną (jeśli nie są zaangażowane dodatkowe radiatory).

Główne ograniczenia prądu na IC będą następujące:

• Obciążalność prądowa drutów łączących (są to zasadniczo bezpieczniki)
• Straty mocy pakietu / układu scalonego
• Obszar PCB poświęcony rozpraszaniu mocy.

Na tym konkretnym układzie scalonym jasne jest, że ślady mocy nawet nie stykają się z samym układem scalonym, to znaczy, że nie są z nimi związane żadne przewody łączące. Opiera się na cienkim krótkim metalowym mostku, który jest częścią pakietu, aby wytworzyć pole magnetyczne, które oddziałuje z czujnikiem Halla wewnątrz układu scalonego. Określa całkowitą rezystancję tego mostka (w tym samych pinów) na mniej niż 1,5 mΩ.

Oznacza to, że przy 30A układ scalony rozproszy mniej niż 1,4 W, co po zamontowaniu zgodnie z opisem w karcie danych oznacza wzrost temperatury o mniej niż 32 ° C powyżej temperatury otoczenia (znacznie mniej niż maksymalna specyfikacja 80 ° C). Zmniejszenie temperatury układu scalonego wydaje się bardziej kwestią utrzymania precyzji niż radzenia sobie z rozpraszaniem mocy.

Należy również pamiętać, że arkusz danych wymaga pewnej ilości obszaru rozpraszania. Zapewniając 1500 mm ^ 2 2 uncji miedzi do rozpraszania, wzrost temperatury jest zredukowany do zaledwie 7 ° C. Taki obszar można łatwo zapewnić dzięki wymaganym grubym śladom na płytce drukowanej.

Twoje pytanie dotyczy praktycznie wszystkich wysokoprądowych układów scalonych i urządzeń zasilających. Oczywiste jest, że same przewody są grubymi drutami miedzianymi, a ich zdolność wykracza daleko poza 20A. Wiele FET-ów mocy radzi sobie na przykład z prądem pulsacyjnym w setkach wzmacniaczy.
Zapewnienie śladów na płytkach drukowanych, aby umożliwić przepływ tego prądu, nie ma prawie nic wspólnego z możliwościami ramy wiodącej urządzenia i przewodów połączeniowych.

Ten film ACS przedstawiający urządzenie o mocy 100 A może ci pomóc. Zauważ, że ilość PCB wystawiona na działanie prądu 100 A jest bardzo mała, ponieważ mają duże miedziane złącza przykręcone / przylutowane bezpośrednio do PCB w pobliżu urządzenia. Większość kalkulatorów grubości / szerokości płytek drukowanych oblicza spadek napięcia na długości liniowej za pomocą danego CSA. Długość płytki drukowanej powinna być krótka, a spadek napięcia mniejszy, aby rozproszenie mocy było mniejsze.

To wyjaśnienie z Allegro może również pomóc ci zrozumieć, dlaczego prąd przewodzący wewnątrz układu scalonego jest zawężony do wytworzenia wymaganego pola magnetycznego.

Głównym problemem związanym ze zwiększaniem grubości miedzi PCB jest koszt. Wykonywanie wybranych ścieżek o dużej grubości jest wyjątkowo wysokie, a zwykle spowoduje to zwiększenie grubości podstawowej płytki PCB, aby zapewnić wytrzymałość mechaniczną drutów mocujących.

O wiele taniej jest zapewnić miedzianą ramkę ołowianą na płytce drukowanej, można je stemplować i SMT lub przez otwór. Zobacz tutaj i tutaj i wyszukaj w Google dodatkowe opcje.

W przypadku małej ilości DIY po prostu lutuję drut do ścieżki PCB, prosty i skuteczny.

Jeśli celujesz na 20 A na płytce drukowanej, prawdopodobnie musisz odpowiednio ją zaprojektować, używając grubszych warstw miedzi. I użyj zewnętrznych warstw dla takich śladów. I może użyj lutowia na wierzchu śladów, zobacz to . Wiele domów z PCB rutynowo oferuje miedź o grubości 4 uncji / ft2, a kalkulatory dają rozsądną szerokość śladu ~ 180 mils (~ 5 mm szerokości). A ślad może być jeszcze mniejszy (do 120 mil), jeśli stać cię na wzrost temperatury o 20 ° C:

Możesz także użyć śladów po obu stronach płytki drukowanej i zszyć je, dzięki czemu mają szerokość zaledwie 1,5 mm.

Większość rezystancji 1,2 mΩ znajduje się w maleńkiej pętli na dolnych pinach, aby czujniki efektu Halla działały. Izolacja 2,1 kVRMS jest osadzoną szczeliną epoksydową.

Musi przenosić ten prąd, ale niezbyt daleko.

Reszta obecnej pętli zależy od twojego projektu.

Z założenia utrzymujesz mały i krótki obszar pętli prądowej za pomocą płaszczyzny uziemienia lub zasilania lub odciążania do podobnych styków 1 mΩ i ciężkich kabli itp.

Zasadniczo boczniki prądowe upuszczają maks. 50 mV, aby ograniczyć rozpraszanie mocy dla rezystora bocznikowego mocy, a następnie wykorzystuje wysokie wzmocnienie napięcia. Ten układ scalony upuszcza tylko 24 mV, więc rozproszenie @ 20A wynosi tylko 480 mW.

Jest również izolowany galwanicznie. Jest więc wiele zalet, a Allegro specjalizuje się w kompensowaniu nieliniowych efektów czujników Halla rozsądnymi tolerancjami błędów.

Diabeł tkwi w szczegółach. To, że czujnik może mierzyć do 20 A, nie oznacza, że ​​powinieneś.

Dlaczego nie powinieneś jeśli używasz takiego czujnika do jakiejś formy kontroli, a docelowy prąd wynosi 20A, nie chciałbyś czujnika mierzącego tylko 20A, ponieważ stracisz szczegóły pomiaru. Podobnie nie byłoby wskazania przekroczenia prądu.

Zazwyczaj wybierasz czujnik 20A, gdy chcesz mierzyć / kontrolować 10-15A. Pomaga to zmniejszyć obecne obciążenie pinów.

Zdziwisz się jednak, ile prądu poradzą sobie takie szpilki. Po przeczytaniu arkusza danych można zauważyć, że związana z nim rezystancja tej pętli wynosi 1,2 mR, co oznaczałoby straty na 480 mW. To okropne i trzeba by je wyciągnąć z urządzenia, a to za pośrednictwem połączonych śladów. Piny i związane z nimi połączenie mogą również wytrzymać 5-krotność prądu znamionowego.

Zasadniczo istnieje różnica między zdolnością do mierzenia a zdolnością do mierzenia w sposób ciągły. Jeśli chcesz używać takiego urządzenia do ciągłego pomiaru, musisz zapewnić odpowiednie zarządzanie temperaturą, aby utrzymać układ i otaczające połączenia w granicach danych arkusza danych.

Co do śladów. IPC-2152 daje wskazówki, jak szerokie muszą być ślady, aby nieść taki prąd dla danej niespodzianki

0,5 Oz - ślad o szerokości> 60 mm.
1 uncja -> 30 mm szerokości.
2 uncje -> 17 mm szerokości.
3 uncje -> 12 mm szerokości.
4 uncje -> 7,5 mm szerokości.

Podobnie można to zrealizować z wielowarstwowego podziału prądu obciążenia

Jeśli chodzi o odprowadzanie ciepła, jeden kwadrat folii miedzianej o standardowej grubości (1 uncja na stopę kwadratową, grubość 1,4 milimetra lub grubość 35 mikronów) ma opór cieplny od krawędzi do przeciwległej 70 stopni Celsjusza na wat. Możesz PLANOWAĆ usuwanie ciepła z tych układów pomiarowych prądu.

Po pierwsze, na urządzeniu znajdują się dwa piny, które przewodzą prąd, a projektanci z pewnością upewnili się, że prąd jest równomiernie podzielony między nimi.

Dwa piny to około 0,8 mm² miedzi, co odpowiada mniej więcej AWG20 . Jak widać, powinny one być w stanie wytrzymać około 50A przez 10 sekund, zanim się stopią, więc 20A nie jest niemożliwe, choć dość wysokie.