开云-利用下一代电流传感器应对PCB设计挑战系列文章之三——应对 PCB 设计中的复杂性挑战

[导读]磁电传播感器为传统的电流丈量方式供给了更简单的解决方案，从而完全改变了 PCB 的设计。这些传感器将多个元件整合到单个集成电路中，下降设计复杂性并提高系统整体机能。 磁电传播感器经由过程磁场切确丈量电流，从而简化 PCB 设计，下降现代电子产物的复杂性。 磁电传播感器为传统的电流丈量方式供给了更简单的解决方案，从而完全改变了 PCB 的设计。这些传感器将多个元件整合到单个集成电路中，下降设计复杂性并提高系统整体机能。 本文将深切切磋磁电传播感器若何解决 PCB 设计中的复杂性问题，重点介绍磁性电传播感器相对传统方式的优势，并经由过程具体的案例研究重点介绍磁电传播感器在现代电子产物中的优势。 传统电流检测方式面对的复杂性挑战 正如本系列文章之前所提到，传统的电传播感方式存在一系列挑战，显著增添了 PCB 设计和功能的复杂度。传统方式凡是依靠分流电阻（和其他元件），而分流电阻器轻易发生年夜量热量，所需热治理系统也比非分流解决方案更加复杂。 是以，传统方式需要添加散热片等附加组件，占用贵重的 PCB 空间。 除空间和热量问题，分流电阻还增添了电气和设计的复杂度。此类装备自己具有电感，当电流产生快速转变时会发生电压尖峰。这类环境会干扰其他敏感元件，并使丈量精度产生误差，这对连结系统的完全性和靠得住性组成了庞大挑战。另外，因为电感的存在，分流电阻的阻抗会跟着频率的增添而增年夜，从而致使在较高频率下活络度产生显著转变。 例如，电阻 200 微欧、电感 3 毫微亨的高端分流电阻，其本钱可能跨越 0.15 美元，在 PCB 上占用的空间跨越 50 平方毫米，但在带宽跨越 10 kHz 时机能会退化。电感会影响分流器在高频下的机能，从而影响其运行，是以有需要集成额外的元件来减缓由此发生的问题。 图1：电阻 200 微欧、电感 3 毫微亨的分流电阻的频率响应显示了分流阻抗是若何跟着频率急剧增添。 传统系统的减缓策略 为领会决电压尖峰和其他电感效应，传统系统凡是需要外部元件来过滤分路电压。此进程增添设计的复杂性，由于需要按照系统的具体要求微调滤波器元件，以确保放年夜器的输入级在高瞬态开关事务时代免受饱和影响。 在设计此类滤波器时，必需利用周详元件来连结其机能参数，如高共模按捺比和顶点位置，这就需要利用低值电阻器来尽可能削减输入偏置电流和高精度电容器和电阻器酿成的影响。这些元件体积年夜、本钱高，使 PCB 设计加倍复杂，增添了系统的整体本钱。要在各类频率上实现小在 1% 的精度，凡是需要专门的调剂，包罗频频实验，既费时又花钱。 复杂性对解决方案本钱的影响 当前传统传感方式的复杂性增添了整体方案的本钱。因为必需利用周详部件、采纳年夜量避免电气噪音和尖峰脉冲的庇护办法，和设计进程需要年夜量人力，这不但增添了直接材料和制造本钱，还耽误了开辟周期。支出的增添会影响产物的盈利能力和市场竞争力，对快速立异和本钱效益要求极高的行业特别如斯。 操纵磁性电流感应手艺很年夜水平地下降 PCB 设计复杂性 磁电传播感器是电传播感范畴的一猛进步，它供给一种将多种功能集成到单个元件中的立异解决方案。这类集成简化了设计流程，很年夜限度地削减空间需求。 简化设计流程 磁电传播感器集成了旌旗灯号调理功能，无需额外的滤波和复杂元件。如许可以经由过程削减元件数目来简化 PCB 结构，并很年夜限度地削减潜伏故障点，提高全部系统的靠得住性。这些传感器的出厂校准能确保在分歧温度和操作前提下的机能连结不变，削减终究用户进行年夜量校准的需要。 图2：传统的电流感应方式凡是需要 5-9 个元件的复杂组合，包罗电阻器、电容器和运算放年夜器，而磁电传播感器则将所有需要的功能整合到一个单位中，从而简化了设计。 提高丈量精度 传统的分流系统在进行低电阻丈量时需要进行高程度的放年夜，这凡是会带来噪声和潜伏误差，而磁电传播感器则分歧，无需进行此类放年夜便可连结精度和靠得住性。传感器在出厂前均颠末校准，确保在年夜区间的温度规模内机能一致，提高其靠得住性。这类固有的靠得住性使其可以或许在干扰或噪音可能影响系统功能的情况中阐扬有用感化，即便在多变的工作前提下也能供给靠得住的解决方案。 本钱优势 磁电传播感器削减 PCB 上所需元件的数目，从而下降材料本钱，简扮装配。元件数目缩减可削减制造毛病和返工，从而终究下降整体出产本钱。另外，因为对专用组件和年夜量尝试室测试的需求削减，可进一步下降开辟本钱，使从设计到出产的进程更具经济效益。 利用矫捷 磁电传播感器用处普遍，可用在各类设置装备摆设，如低压侧、高压侧和相电流检测。另外，这些传感器还能顺应宽电压规模，这使其合用在普遍的工业利用场景。 这类集成简化了设计和制造流程，为 PCB 设计立异斥地了新的路子，进而使工程师可以或许加倍专注在加强功能，而不是降服手艺障碍。 加快开辟和摆设 磁电传播感器可简化设计，年夜年夜加速产物开辟历程。因为需要集成和测试的组件较少，是以可以缩短从概念设计到产物上市的时候。对应快速成长的行业，缩短上市时候弥足珍贵，经由过程更快地响应市场需乞降手艺前进，带来庞大的竞争优势。 案例研究：洁净太阳能和储能系统制造商 美国一家洁净太阳能和储能系统制造商对磁电传播感器的利用，验证了此装备的显著优势。该公司曾面对着相当年夜的挑战，由于利用传统分流电阻对系统中多点进行电流感应很是复杂。因为需要对无源元件进行切确的滤波器设计，并在温度和寿命周期长进行变量治理，每一个额外的传感点城市进一步增添复杂度。 面对的挑战 这家制造商需要一种电传播感解决方案，即：立异型太阳能和储能系统在尺寸和机能方面被限制的前提下，方案能高效地运行。事实证实，传统方式过在繁琐、耗时且轻易犯错，阻碍快速开辟和推行。 Allegro供给的解决方案 在研究了各类方案后，该品牌决议改用Allegro 的 ACS711磁电传播感器。该传感器集成了旌旗灯号调理和出厂校准功能，无需额外的滤波和现场校准，简化了安装进程。 获得的功效 采取 ACS711 后，制造商年夜年夜简化了设计。设计简化下降了整体设计时候和制造本钱，增进从原型到出产的快速过渡，并终究加速了产物的上市时候。因为 ACS711 合用在各类利用的矫捷性，这还使得该公司可以或许在系统的分歧部门实现传感尺度化，从而简化了库存和保护工作。 操纵 Allegro的磁电传播感器降服 PCB 设计的复杂性挑战 Allegro MicroSystems 的 ACS37041 和 ACS37220 充实表现了磁性电传播感手艺的前进，在提高现代电子产物机能的同时显著下降设计复杂性。 Allegro ACS37041: 该传感器采取紧凑型 SOT23-W 封装，很是合适空间有限的利用。产物撑持高达 30 安的电流丈量，工作电压高达 100 伏（有用值或均方根），是以可普遍利用在电力、制造、汽车和其他范畴。1 毫欧的低电阻和低在 ±5% 的温度转变误差确保切确的电流丈量，无需外部校准，从而简化了设计进程。 图3：采取 5 引脚 SOT23-W 封装的 Allegro ACS37041 和典型利用电路。 Allegro ACS37220: ACS37220 专为年夜电流利用而设计，可应对高达 200A 的电流，同时在低在 100 伏（有用值）电压下运行。产物具有 100 微欧的超低电阻，已经由过程 AEC-Q100 认证，这对汽车情况中的靠得住性相当主要。该传感器采取 4 x 4 毫米 QFN 封装，合适在要求以极小元件封装实现高机能的利用。 图4：采取 7 引脚 QFN 封装的 Allegro ACS37220 和典型利用电路。 这两种传感器都集成了进步前辈的旌旗灯号调理功能，无需额外的滤波和辅助元件。此集成节流 PCB 空间，下降设计阶段犯错的可能性，从而简化开辟流程，加速新产物的上市时候。 事实证实，磁电传播感器降服了传统 PCB 电流检测设计的很多复杂性。经由过程下降设计复杂性、提高靠得住性和削减本钱，该型传感器为更具立异性的电子设计方式供给撑持。 本文为《下一代电传播感系列文章》的最后一篇。在全部系列中，我们切磋了磁电传播感器（特别是 Allegro开辟的磁电传播感器）若何解决尺寸、发烧和复杂性等困难，从而完全改变 PCB 设计。Allegro MicroSystems 凭仗其在电流丈量范畴表示超卓的优选解决方案，成了行业中的一个主要参考尺度。

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