¿Cómo puede el pin ACS712 manejar 20 A?

Tenga en cuenta que este IC ha sido descontinuado y no se recomienda para nuevos diseños, recomiendan el ACS723 en su lugar. También viene en una versión de 30A en el mismo paquete.

Las calculadoras de traza de PCB se basan en suposiciones básicas:

• Rastros distribuidos largos.
• Capas conductoras delgadas.
• Aumento aceptable de la temperatura de la aplicación dada la geometría de la placa y la ubicación del trazado

Para muchas aplicaciones, el factor limitante sería la resistencia de la traza y cuánta caída de voltaje es aceptable. En otras aplicaciones, el aumento de temperatura de la PCB afectará la disipación de potencia disponible para los componentes en ella. Pero si estos factores no son críticos, se pueden hacer trazas más finas.

Pero en un IC, ninguna de esas suposiciones realmente se sostiene:

• Los pines, y la soldadura asociada, son considerablemente más gruesos que la capa de PCB a la que están unidos.
• Los circuitos integrados son pequeños componentes agrupados, cuya disipación de potencia está limitada por su tamaño y el área del disipador térmico proporcionada por la PCB (si no hay involucrados disipadores adicionales).

Las principales limitaciones de la corriente en un IC serían:

• Capacidad de carga actual de los cables de enlace (estos son esencialmente fusibles)
• Disipación de potencia del paquete / IC
• Área de PCB dedicada a la disipación de energía.

En este IC en particular, está claro que los rastros de potencia ni siquiera contactan con el propio IC, es decir, no hay cables de enlace asociados con ellos. Se basa en un puente metálico corto y delgado que forma parte del paquete para producir un campo magnético que interactúa con el sensor Hall dentro del IC. Especifica que la resistencia total de ese puente (incluidos los pines mismos) sea inferior a 1.5mΩ.

Eso significa que a 30A, el IC disipará menos de 1.4W, lo que, cuando se monta como se especifica en la hoja de datos, implica un aumento de temperatura de menos de 32 ° C por encima de la temperatura ambiente (mucho menos que la especificación máxima de 80 ° DO). La reducción de la temperatura del CI parece ser más una cuestión de mantener la precisión que de tratar con la disipación de potencia.

También tenga en cuenta que la hoja de datos requiere cierta cantidad de área de disipación. Al proporcionar 1500mm ^ 2 de 2oz de cobre para disipar, el aumento de temperatura se reduce a solo 7 ° C. Dicha área podría ser fácilmente proporcionada por las trazas gruesas requeridas en la PCB.

Su pregunta se aplica a prácticamente todos los IC y dispositivos de alimentación de alta corriente. Está claro que los cables en sí mismos son cables de cobre gruesos, y la capacidad va más allá de 20A. Muchos FET de potencia pueden manejar la corriente de pulso en los 100 amperios, por ejemplo.
Proporcionar trazas de PCB para permitir que fluya esta corriente no tiene casi nada que ver con la capacidad del conductor de cables y los cables de conexión del dispositivo.

Este video ACS que muestra un dispositivo con capacidad para 100A puede ayudarlo. Observe que la cantidad de PCB expuesta al 100A es muy baja, ya que tienen conectores de cobre grandes atornillados / soldados directamente al PCB cerca del dispositivo. La mayoría de las calculadoras de espesor / ancho de PCB están calculando la caída de voltaje en longitud lineal con un CSA dado. Mantenga la longitud de la PCB corta y la caída de voltaje es menor, por lo que la potencia disipada es menor.

Esto la explicación de Allegro también puede ayudarlo a comprender por qué el conductor conductor de corriente dentro del IC se reduce para crear el campo magnético requerido.

El principal problema con el aumento del espesor de cobre de PCB es el costo. Es excepcionalmente alto el costo de hacer solo pistas seleccionadas con un grosor alto, y normalmente esto aumentará el grosor de su PCB base también para proporcionar resistencia mecánica a los cables de conexión.

Es mucho más barato proporcionar un marco de plomo de cobre en la PCB, estos pueden ser estampados y SMT o a través del orificio. Consulte aquí y here , y busque en Google opciones adicionales.

Para bricolaje de baja cantidad, simplemente sueldo un cable a la pista de PCB, simple y efectivo.

Si apunta a 20 A en una PCB, es probable que deba diseñarlo en consecuencia utilizando capas de cobre más gruesas. Y usa capas externas para trazas como esa. Y tal vez utilice soldadura reforzada encima de rastros, vea esto . Muchas casas de PCB ofrecen habitualmente cobre de 4 oz / ft2 de espesor, y las calculadoras le darían un ancho de traza razonable de ~ 180 mils (~ 5 mm de ancho). Y la traza puede ser incluso más pequeña (hasta 120 milipulgadas) si puedes permitirte un aumento de temperatura de 20 ° C:

También puede usar trazas en ambos lados de la PCB y coserlas, lo que puede hacer que tengan solo 1,5 mm de ancho.

La mayor parte de la resistencia de 1,2 mΩ se encuentra en el pequeño bucle de los pines inferiores para que funcionen los sensores de efecto Hall. El aislamiento de 2.1 kVRMS es la brecha Epoxy incrustada.

Debe llevar esto actual, pero no muy lejos.

Por lo tanto, el resto del bucle actual depende de su diseño.

Por diseño, mantiene el área de bucle actual pequeña y corta con el plano de tierra o de potencia o descarga a contactos de 1 mΩ similares y cables pesados, etc.

Generalmente, las derivaciones de corriente de bricolaje caen 50 mV máx. para limitar la disipación de potencia de una resistencia de derivación de potencia y luego utilizan una ganancia de alto voltaje. Este IC solo baja 24mV, por lo que la disipación @ 20A es de solo 480mW.

También está aislado galvánicamente. Así que hay muchas ventajas y Allegro se especializa en hacer que los efectos no lineales de los sensores Hall compensen las tolerancias de error razonables.

El diablo está en el detalle. El hecho de que el sensor pueda medir hasta 20 A no significa que deba hacerlo.

¿Por qué no deberías? Si está utilizando un sensor de este tipo para alguna forma de control y su corriente objetivo es de 20A, no desearía un sensor que mida solo a 20A ya que perderá los detalles de la medición. Del mismo modo, no tendría ninguna indicación de sobrecorriente.

Por lo general, elegiría un sensor de 20A cuando desee medir / controlar 10-15A. Esto ayuda a reducir la tensión actual en los pines.

Sin embargo, se sorprenderá de cuánta corriente pueden manejar dichos pines. Si lees la hoja de datos, se puede ver que la resistencia asociada de este bucle es 1.2mR, lo que pondría las pérdidas a 480mW. Esto es una gran cantidad y tendría que ser extraído del dispositivo y esto sería a través de las trazas conectadas. Los pines y la conexión asociada también pueden sobrevivir 5 veces la corriente nominal.

Básicamente hay una diferencia entre poder medir y poder medir continuamente. Si desea utilizar un dispositivo de este tipo para la medición continua, deberá proporcionar una gestión térmica adecuada para mantener el chip y las conexiones circundantes dentro de los límites de la hoja de datos.

En cuanto a las huellas. El IPC-2152 da instrucciones sobre qué tan amplias deben ser las huellas para llevar dicha corriente, para una temprise dada

0,5 oz - > Trazado de 60mm de ancho.
1 oz - > 30mm de ancho.
2 oz - > 17mm de ancho.
3 oz - > 12mm de ancho.
4 oz - > 7.5mm de ancho.

Del mismo modo, esto podría realizarse fuera de múltiples capas para compartir la corriente de carga

Con respecto a la eliminación de calor, un cuadrado de lámina de cobre de grosor estándar (1 onza por pie cuadrado, 1.4 mil de espesor o 35 micrones de espesor) tiene una resistencia térmica de borde a borde opuesto de 70 grados centígrados por vatio. Puede PLANIFICAR la eliminación de calor de estos CI de medición de corriente.

En primer lugar, hay dos pines en el dispositivo que transmiten la corriente, y los diseñadores se han asegurado de que la corriente esté dividida en partes iguales entre las dos.

Dos pines equivalen a aproximadamente 0,8 mm² de cobre, que corresponde aproximadamente a AWG20 . Como puede ver, deben poder soportar aproximadamente 50A durante 10 s antes de fundirse, por lo que 20A no es imposible, aunque sea bastante alto.