¿Cómo puede el pin ACS712 manejar 20 A?

Estoy buscando algunos circuitos integrados de medición de corriente y encontré el ACS712, pero lo que no puedo entender es cómo los pines aparentemente pequeños pueden manejar la corriente de 20 A ya que las calculadoras de ancho de trazo dicen que necesito un trazo de casi una pulgada de grosor para manejar la misma corriente.

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

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

• Largas huellas distribuidas.
• Finas capas conductoras.
• Aumento aceptable de la temperatura de aplicación dada la geometría del tablero y la colocación de trazas

Para muchas aplicaciones, el factor limitante sería la resistencia de la traza y cuánto de una caída de voltaje es aceptable. En otras aplicaciones, el aumento de temperatura de la PCB afectará la disipación de energía disponible para los componentes que contiene. Pero si estos factores no son críticos, se hacen posibles trazas más delgadas.

Pero en un IC, ninguno de esos supuestos realmente es válido:

• 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 disipadores térmicos adicionales involucrados).

Las principales limitaciones para la corriente en un IC serían:

• Capacidad de carga actual de los cables de enlace (estos son esencialmente fusibles)
• Paquete / disipación de energía 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 al IC en sí, 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 CI. Especifica que la resistencia total de ese puente (incluidos los pines mismos) sea inferior a 1,5 mΩ.

Eso significa que a 30 A el IC se disipará menos de 1.4 W, 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 del ambiente (mucho menos que la especificación máxima de 80 ° C). La reducción de la temperatura IC parece ser más una cuestión de mantener la precisión que tratar con la disipación de energía.

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

Su pregunta se aplica a prácticamente todos los circuitos integrados y dispositivos de alimentación de alta corriente. Está claro que los cables en sí son cables de cobre gruesos, y la capacidad va mucho más allá de 20A. Por ejemplo, muchos FET de potencia pueden manejar la corriente de pulso en cientos de amperios.
Proporcionar trazas de PCB para permitir que fluya esta corriente no tiene casi nada que ver con la capacidad del marco principal del dispositivo y los cables de conexión.

Este video ACS que muestra un dispositivo capaz de 100A puede ayudarlo. Tenga en cuenta que la cantidad de PCB expuesta al 100A es muy baja, ya que tienen grandes conectores de cobre atornillados / soldados directamente a la PCB cerca del dispositivo. La mayoría de las calculadoras de grosor / ancho de PCB calculan la caída de voltaje sobre la longitud lineal con un CSA determinado. Mantenga la longitud de la PCB corta y la caída de voltaje es menor, por lo que la potencia disipada es menor.

Esta explicación de Allegro también puede ayudarlo a comprender por qué el conductor que lleva la corriente dentro del CI 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 alto espesor, y normalmente esto también aumentará el grosor de su PCB base 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. Vea aquí y aquí , y busque en Google opciones adicionales.

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

Si apunta a 20 A en una PCB, es probable que necesite diseñarla de acuerdo con capas de cobre más gruesas. Y use capas externas para trazas como esa. Y tal vez use soldadura reforzada sobre los rastros, vea esto . Muchas casas de PCB ofrecen habitualmente cobre de 4 oz / ft2 de espesor, y las calculadoras le darían un ancho de trazo razonable de ~ 180 mils (~ 5 mm de ancho). Y la traza puede ser aún más pequeña (hasta 120 mils) si puede permitirse un aumento de temperatura de 20C:

También puede usar trazas en ambos lados de la PCB y unirlas, 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 en los pines inferiores para que funcionen los sensores de efecto Hall. El aislamiento de 2.1 kVRMS es el espacio epóxico incrustado.

Debe llevar esta corriente, pero no muy lejos.

Entonces, el resto del ciclo actual depende de su diseño.

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

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

También está aislado galvánicamente. Por lo tanto, 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 dicho sensor para algún tipo de control y su corriente objetivo es de 20 A, no querrá un sensor que mida solo a 20 A, ya que perderá los detalles de medición. Del mismo modo, no tendría ninguna indicación de sobrecorriente.

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

Sin embargo, se sorprenderá de la cantidad de corriente que estos pines pueden manejar. Si lee la hoja de datos, se puede ver que la resistencia asociada de este bucle es de 1,2 mR, lo que pondría las pérdidas en 480 mW. Este es un montón horrible y tendría que extraerse 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 dicho dispositivo 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 anchas deben ser las trazas para transportar dicha corriente, para una salida de temperatura dada

0.5 Oz -> 60 mm de ancho de traza.
1 oz -> 30 mm de ancho.
2 oz -> 17 mm de ancho.
3 oz -> 12 mm de ancho.
4 oz -> 7.5mm de ancho.

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

Con respecto a la eliminación del calor, un cuadrado de lámina de cobre de grosor estándar (1 onza por pie cuadrado, 1,4 ml de grosor o 35 micras de grosor) tiene una resistencia térmica de borde a borde opuesto de 70 grados centígrados por vatio. Puede PLANIFICAR la eliminación de calor de estos circuitos integrados de medición de corriente.

En primer lugar, hay dos pines en el dispositivo que transportan la corriente, y los diseñadores seguramente se han asegurado de que la corriente se divida de manera uniforme entre los dos.

Dos pines equivalen a aproximadamente 0,8 mm² de cobre, que corresponde aproximadamente a AWG20 . Como puede ver, deberían ser capaces de soportar aproximadamente 50 A durante 10 segundos antes de derretirse, por lo que 20 A no es imposible, aunque sea bastante alto.