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作者：Alex Latham 與 Scott Milne，
Allegro MicroSystems, LLC

簡介

Allegro MicroSystems LLC 提供了品類齊全的采用集成導體的電流傳感器 IC 產品系列。這些產品可用于在各種應用中測量電流，這些應用包括電機控制、逆變器、負載檢測與管理，以及過電流故障監測。對于正常工作電流最大達 50 A 的應用，Allegro 提供了許多采用標準表面貼裝型封裝的電流傳感器 IC，例如 SOIC-8、SOICW-16、QSOP-24 和 QFN¹。由于采用了集成導體，所以這些傳感器 IC 需要與它們測量的電流串聯。集成導體的電阻極低（1.2 mΩ 或更小，具體取決于封裝類型），因此它們在正常工作溫度下，只會產生極少的熱量。但是與電流路徑內的所有組件一樣，當電流強度超過額定電流值（由于短路、沖擊電流或其他瞬態條件造成）時，理解這些組件的運行方式很重要。

圖 1：傳感器 IC 對比

進行的測試與結果限制

本次研究的重點是 Allegro 提供的基于 SOIC-8、SOICW-16 和 QFN 封裝的電流傳感器 IC。必須注意的是，這些封裝的內部結構會因產品的不同而各異，即使它們使用的是同類的 SOIC-8 或 SOICW-16 封裝。特別是下表顯示的封裝和相關的測試產品。

除非另有說明，否則本文提供的所有數據都是在室溫條件下的產品上收集的，這些產品都焊接在 Allegro²研發的產品專用演示板上。散熱特性，特別是中等電流 (<150 A) 下的散熱特性會因用于電流傳感器 IC 附近的大電流軌跡的 PCB 布局的不同而變化。其他因素，例如 PCBA 是否采用保形涂層封裝（即是否“密封”），以及 放置 PCBA 的外殼都會影響系統的熱特性。本次研究的目的是對比以上列出的產品系列的相對性能，并說明每種封裝能經受的電流強度和耐受時間。應在要使用這些部件的具體應用環境下，對它們承載大電流的能力進行驗證。

測試結果

大電流脈沖行為（熔斷特性）

當 Allegro 的集成導體電流傳感器暴露在大電流中時，可能出現兩種不同的故障模式。根據通過導體的電流的量級和持續時間，可能出現下列一種或兩種故障模式：

1. 熱暴露可能損壞模具，當模溫超過 165°C 時，可能出現這種情況。

2. 一次導體將作為熔絲裝置。

圖 2 顯示了 LC1 封裝（ACS712/3/4/5 與 ACS724/5 器件）的此類故障模式的時間與電流的對比曲線。藍色曲線代表導體熔斷經歷的時間，黑色曲線代表模具達到 165°C 時經歷的時間。在中等電流下 (

圖 2：LC1 (SOIC-8) 封裝類型的熔斷與超溫時間和電流的對比

除了故障點以外，當傳感器 IC 熔斷時的故障行為也很重要。通常，當集成導體熔斷時，導體最薄的部分會解體，封裝可能斷裂。在進行的所有試驗中，當器件在超溫前熔斷時，故障不會在器件的一次和二次導體之間造成短路。但如果封裝已損壞，器件的隔離電壓就會受到影響。

圖 3：安全工作區 - 模溫達到 165°C 或熔斷（以先出現的為準）所需的時間與電流的對比。

還要注意的是，如果封裝在熔斷前超溫，就更容易出現熔斷故障。這類故障在圖 2 中的淡灰色區域（超過安全工作區）發生，那里是封裝熔斷前出現超溫的區域。在此類情況下，由于存在大量的熱量，所以系統會更積極地響應在這些條件下出現的超溫故障。圖 4 顯示了測試的每種封裝的熔斷時間。但必須指出的是，只能在圖 2 和圖 3 顯示的安全工作區內操作部件。

圖 4：熔斷時間 - 一次導體熔斷所需的時間與電流的對比。

直流電流能力

與各種量級和持續時間的大電流脈沖的響應差異相似， IC 的相同物理特性、PCB 布局和應用組件將影響器件經受持續電流和將模溫保持在 165°C 以下的能力。影響部件安全承載持續大電流能力的另一個因素是環境溫度。圖 5 顯示了測試的每種封裝的模具升溫與直流電流的對比。這可以增加到環境溫度中，以確定模具的絕對溫度，從而可以確定，在規定的環境溫度下，模具超過最高絕對溫度 165°C 之前的最大容許電流。例如，如果環境溫度是 45°C，通過 ACS723LLC（LC2 封裝）的連續電流是 50 A，封裝內部的預計模溫會達到 115°C 的穩態值（45°C 環境溫度 + 70°C 升溫）。

圖 5：每種封裝類型的模具升溫與電流的對比

¹對于電流強度 >50 A 的應用，請參閱50 - 200 A 集成導體傳感器 IC 了解更多信息。

²網站中每種傳感器的常見問題部分提供了演示板 Gerber 文件。