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如何采用电流传感器IC实现共模场干扰最小化?

导读: Allegro MicroSystems电流传感器IC可以分为三大类:需要外部磁芯的传感器、具有封装内置磁芯的传感器,以及具有集成载流环(但无磁芯)的传感器。最后一类就是具有共模场抑制(CMR)功能的传感器。本文将探讨CMR的机制,并重点介绍如何充分利用此机制来优化电路板设计和布局。

简介

Allegro MicroSystems电流传感器IC可以分为三大类:需要外部磁芯的传感器、具有封装内置磁芯的传感器,以及具有集成载流环(但无磁芯)的传感器。最后一类就是具有共模场抑制(CMR)功能的传感器。本文将探讨CMR的机制,并重点介绍如何充分利用此机制来优化电路板设计和布局。

背景

在使用集成载流环的IC中,载流环可以产生IC能测量的磁场。该磁场通过霍尔效应转换成电压。此霍尔电压正比于电流大小和方向。图1是特定电流传感器IC引线框产生磁场的示例。在该图中,箭头指示通过引线框的电流,彩色图表示100A直流电通过传感器时产生的磁场。为了表达清晰,图中移除了电流源。

图1:ACS780电流传感器引线框磁场。

使用配备集成载流环的IC具有很多优势:无需磁芯、基本没有磁滞、功率低、并且具有较高的温度精确度。但是,由于不存在磁芯,传感器容易受到磁体或传感器IC周围导线电流产生的杂散磁场的影响。为了抑制杂散磁场的出现,Allegro的很多电流传感器都具有双霍尔共模抑制方案。霍尔板的布置方式要确保当电流通过IC集成导体或载流环时,每个霍尔板感应的场极性相反。在图1中,两个霍尔板的位置用H1和H2表示。可以从图中看出,这两个区域具有方向相反的磁场。

采用CMR技术的基本原理是:如果两个霍尔板的信号相减,然后可以将集成环引发的信号求和,这样就可以抑制来自进入IC的任何杂散磁场共模(单极)信号。简单举例,假定每个霍尔板的磁场±B大小相等,方向相反,则:

H1–H2∝B1–B2

B–B2=B–(–B)

B–(–B)=2×B

因此,

H1–H2∝2×B

假定两个霍尔板上具有相等的杂散磁场Bext,则:

H1–H2∝B1–B2

B1–B2=(B+Bext)–(–B+Bext)

(B+Bext)–(–B+Bext)=2×B+Bext–Bext

2×B+Bext–Bext=2×B

因此,

H1–H2∝2×B

Allego的其它技术资料《无磁芯霍尔效应电流传感器IC采用的共模场抑制技术》更详细地介绍了CMR技术的理论和指导方程。本文介绍的主要技术是如何设计和布置这些电流传感器IC的载流线路。此外,本文也提供了最小化其他杂散来源的指南。

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