Comment la broche ACS712 peut-elle gérer 20 A?

Je recherche des circuits intégrés de mesure de courant et j'ai trouvé l'ACS712, mais ce que je ne peux pas comprendre, c'est comment les broches apparemment petites peuvent gérer le courant de 20 A, car les calculateurs de largeur de trace disent que j'ai besoin d'une trace de près d'un pouce d'épaisseur pour gérer le même courant.

Notez que ce CI a été abandonné et n'est pas recommandé pour les nouveaux modèles, ils recommandent plutôt l'ACS723. Il vient également sur une version 30A sur le même paquet exact.

Les calculateurs de traces de PCB reposent sur des hypothèses de base:

• Longues traces distribuées.
• Couches minces conductrices.
• Augmentation de la température d'application acceptable compte tenu de la géométrie du panneau et du placement des traces

Pour de nombreuses applications, le facteur limitant serait la résistance de la trace et la quantité de chute de tension acceptable. Dans d'autres applications, l'augmentation de température du PCB aura un impact sur la dissipation de puissance disponible pour les composants qu'il contient. Mais si ces facteurs ne sont pas critiques, des traces plus minces deviennent possibles.

Mais sur un CI, aucune de ces hypothèses ne tient vraiment:

• Les broches et la soudure associée sont considérablement plus épaisses que la couche de PCB à laquelle elles sont fixées.
• Les CI sont de petits composants regroupés, dont la dissipation de puissance est limitée par leur taille et la zone du dissipateur thermique fournie par le PCB (si aucun dissipateur thermique supplémentaire n'est impliqué).

Les principales limitations du courant sur un circuit intégré seraient:

• Capacité de charge actuelle des fils de liaison (ce sont essentiellement des fusibles)
• Dissipation de puissance du package / IC
• Zone PCB dédiée à la dissipation de puissance.

Sur ce CI particulier, il est clair que les traces de puissance n'entrent même pas en contact avec le CI lui-même, c'est-à-dire qu'aucun fil de liaison ne leur est associé. Il s'appuie sur un mince pont métallique court qui fait partie du boîtier pour produire un champ magnétique qui interagit avec le capteur Hall à l'intérieur du circuit intégré. Il spécifie que la résistance totale de ce pont (y compris les broches elles-mêmes) doit être inférieure à 1,5 mΩ.

Cela signifie qu'à 30 A, le CI se dissipera moins de 1,4 W, ce qui, lorsqu'il est monté comme spécifié dans la fiche technique, implique une augmentation de température de moins de 32 ° C au-dessus de la température ambiante (beaucoup moins que la spécification maximale de 80 ° C). Réduire la température du circuit intégré semble être davantage une question de maintien de la précision que de gestion de la dissipation de puissance.

Notez également que la fiche technique nécessite une certaine zone de dissipation. En fournissant 1500 mm ^ 2 de cuivre 2 oz pour la dissipation, la montée en température est réduite à seulement 7 ° C. Cette zone pourrait être facilement fournie par les traces épaisses requises dans le PCB.

Votre question s'applique à pratiquement tous les CI et dispositifs d'alimentation à courant élevé. Il est clair que les fils eux-mêmes sont des fils de cuivre épais, et la capacité va bien au-delà de 20A. De nombreux FET de puissance peuvent gérer le courant d'impulsion dans les 100 ampères par exemple.
Fournir des traces de PCB pour permettre à ce courant de circuler n'a presque rien à voir avec la capacité du châssis et des fils de connexion de l'appareil.

Cette vidéo ACS montrant un appareil capable de 100A peut vous aider. Notez que la quantité de PCB exposée au 100A est très faible car ils ont de gros connecteurs en cuivre boulonnés / soudés directement sur le PCB près de l'appareil. La plupart des calculateurs d'épaisseur / largeur de PCB calculent la chute de tension sur une longueur linéaire avec un CSA donné. Gardez la longueur du circuit imprimé courte et la chute de tension est moindre, donc la puissance dissipée est moindre.

Cette explication d'Allegro peut également vous aider à comprendre pourquoi le conducteur de transport de courant à l'intérieur du CI est rétréci pour créer le champ magnétique requis.

Le principal problème lié à l'augmentation de l'épaisseur du cuivre PCB est le coût. C'est un coût exceptionnellement élevé de ne faire que des pistes sélectionnées à une épaisseur élevée, et normalement cela augmentera également l'épaisseur de votre PCB de base pour fournir une résistance mécanique aux fils de fixation.

Il est beaucoup moins cher de fournir un cadre en cuivre sur le PCB, ceux-ci peuvent être estampillés et SMT ou à travers un trou. Voir ici et ici , et rechercher sur Google pour des options supplémentaires.

Pour le bricolage en faible quantité, je soude simplement un fil à la piste PCB, simple et efficace.

Si vous ciblez 20 A sur un PCB, vous devrez probablement le concevoir en conséquence en utilisant des couches de cuivre plus épaisses. Et utilisez des couches externes pour des traces comme ça. Et peut-être utiliser du boeuf à souder sur les traces, voir ceci . De nombreuses maisons contenant des PCB proposent régulièrement du cuivre de 4 oz / pi2 d'épaisseur, et les calculatrices vous donneraient une largeur de trace raisonnable de ~ 180 mils (~ 5 mm de large). Et la trace peut être encore plus petite (jusqu'à 120 mils) si vous pouvez vous permettre une augmentation de la température de 20 ° C:

Vous pouvez également utiliser des traces des deux côtés du PCB et les assembler, ce qui peut les rendre larges de seulement 1,5 mm.

La plupart de la résistance de 1,2 mΩ se trouve dans la petite boucle sur les broches inférieures pour que les capteurs à effet Hall fonctionnent. L'isolation de 2,1 kVRMS est l'espace époxy intégré.

Il doit porter ce courant, mais pas très loin.

Le reste de la boucle actuelle dépend donc de votre conception.

De par sa conception, vous gardez la zone de boucle de courant petite et courte avec le plan de masse ou d'alimentation ou la déchargez sur des contacts similaires de 1 mΩ et des câbles lourds, etc.

Généralement, les shunts de courant bricolage chutent de 50 mV max pour limiter la dissipation de puissance pour une résistance de shunt de puissance, puis utilise un gain de tension élevé. Ce CI ne chute que de 24 mV, la dissipation à 20 A n'est donc que de 480 mW.

Il est également isolé galvaniquement. Il y a donc de nombreux avantages et Allegro est spécialisé dans la compensation des effets non linéaires des capteurs à effet Hall pour des tolérances d'erreur raisonnables.

Le diable est dans le détail. Ce n'est pas parce que le capteur peut mesurer jusqu'à 20 A que vous le devriez.

Pourquoi pas toi? si vous utilisez un tel capteur pour une certaine forme de contrôle et que votre courant cible est de 20A, vous ne voudriez pas d'un capteur qui ne mesure que jusqu'à 20A car vous perdrez les détails de la mesure. De même, vous n'auriez aucune indication de surintensité.

En règle générale, vous choisissez un capteur 20A lorsque vous souhaitez mesurer / contrôler 10-15A. Cela permet de réduire la contrainte actuelle sur les broches.

Cependant, vous serez surpris de la quantité de courant que ces broches peuvent gérer. Si vous lisez la fiche technique, vous pouvez voir que la résistance associée de cette boucle est de 1,2 mR, ce qui mettrait les pertes à 480 mW. C'est énormément et devrait être retiré de l'appareil et ce serait via les traces connectées. Les broches et la connexion associée peuvent également survivre à 5 fois le courant nominal.

Fondamentalement, il existe une différence entre pouvoir mesurer et pouvoir mesurer en continu. Si vous souhaitez utiliser un tel appareil pour des mesures en continu, vous devrez fournir une gestion thermique appropriée pour maintenir la puce et les connexions environnantes dans les limites de la fiche technique.

Quant aux traces. L'IPC-2152 donne des indications sur la largeur des traces pour transporter un tel courant, pour une durée donnée

0,5 oz -> trace de 60 mm de large.
1 oz -> 30 mm de large.
2 oz -> 17 mm de large.
3 oz -> 12 mm de large.
4 oz -> 7,5 mm de large.

De même, cela pourrait être réalisé en multicouche pour partager le courant de charge

En ce qui concerne l'élimination de la chaleur, un carré de feuille de cuivre d'épaisseur standard (1 once par pied carré, 1,4 mil d'épaisseur ou 35 microns d'épaisseur) a une résistance thermique bord à bord de 70 degrés centigrades par watt. Vous pouvez PLANIFIER l'évacuation de la chaleur de ces CI de mesure de courant.

Tout d'abord, il y a deux broches sur l'appareil qui transportent le courant, et les concepteurs ont certainement veillé à ce que le courant soit réparti également entre les deux.

Deux broches représentent environ 0,8 mm² de cuivre, ce qui correspond à peu près à l' AWG20 . Comme vous pouvez le voir, ils devraient pouvoir résister à environ 50 A pendant 10 secondes avant de fondre, donc 20 A n'est pas impossible, bien que très élevé.