400 kHz 电流传感器在开关模式电源设计中实现更可持续的设计

时间:2023-11-15
  主要受成本和缩小 PCB 面积的驱动,系统设计人员在其开关模式电源设计中选择更小的无源元件和向上集成的传感器解决方案。较小电容器和电感器的空间节省是以开关损耗形式的效率为代价的,因为需要更高的开关速度才能产生同等水平的功率。 
  宽带隙器件(SiC、GaN 和 GaAs)的出现降低了开关损耗对效率的影响。因此,许多电源应用中的开关频率都在上升,包括DC-DC 转换器、太阳能 MPPT 和逆变器、电信和服务器 电源、配电装置 (PDU)、不间断电源 (UPS) 和充电站。  
  随着效率和空间节省方面的新进展,高速趋势预计将持续下去,从而对电流监控和保护提出新的要求。Allegro 广泛的集成霍尔效应电流传感器 IC 系列在不牺牲尺寸、效率或性能的情况下提供创新的高速解决方案,紧跟这一高速趋势。 
  稳定性和准确性 
  开关频率直接影响电力系统对瞬态负载的响应。由于电源的任务是支持多个子系统,因此需要适当的瞬态响应以避免这些子系统上线时发生断电事件。在为此类应用选择传感器时,系统架构师通常会在高速或稳定性与频率和温度精度之间进行折衷。比较图 1 中两种电流传感解决方案的未滤波响应。  

  

  ACS37002图表
  图 1:ACS37002 稳定输出响应与竞争解决方案
  竞争解决方案的欠阻尼响应会在峰值电流检测期间产生模糊性,从而导致控制错误并降低整体效率。输出振铃还会触发过流事件、错误关闭和“滋扰”故障。 
  有了ACS37002,系统架构师不再需要妥协。凭借创新的 400 kHz 信号路径和成熟的传感器架构,ACS37002 能够以的振铃、相位延迟或衰减干净地跟踪信号,并且无需外部滤波器组件。差分输出 (Vref) 和杂散场抑制可在噪声环境中提供高信号完整性。Allegro 的这款集成电流传感器在高速、高精度以及频率和温度范围内坚如磐石的稳定性方面占据了新的优势。   
  效率、加热和 PCB 面积 
  频率并不是上升的规格。效率目标也在不断提高,推动了低损耗开关技术的采用。随着开关导通电阻的下降,电流路径中的其他组件开始在热量损失功率中占据更大的比例。  
  I2R 损耗的管理对系统成本和可靠性具有复合影响。限制热量可降低冷却要求和相关成本,同时延长电力系统的使用寿命和可靠性。对于太阳能逆变器等设备,这意味着更多的时间在阳光下,以及更少的维护或垃圾填埋时间。标准电流传感解决方案的损耗比较见表 1。 

  包装图

  表 1:电流检测封装选项和 25 A 时的功率损耗
  通过并联额外的电阻或选择较低的电阻值,可以降低分流解决方案中的功率损耗。这些方法很有用,但布局对于整体精度至关重要,并且添加的电阻器会占用宝贵的电路板空间,尤其是在尺寸过大时。,大多数分流解决方案不支持负输入电压,需要额外的隔离组件才能进行测量。  
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