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作者 Richard Dickinson 與 William Bentley  

摘要

無通量集中器的高度緊湊的霍爾效應電流傳感器 IC 目前已進入市場，它能通過簡單的布線步驟，并屏蔽沿主感應軸產生的外部磁通量對傳感器的影響，以有效提高小電流分化的性能。  

簡介

當通過相鄰的霍爾元件時，ACS71x 系列霍爾效應電流傳感器 IC 可感應其產生的磁場，并以此測量電流（參閱圖  1）。它們能直接測量該磁場，而無需使用在其他磁體裝置（例如，在用于 ACS75x 系列電流傳感器 IC 的 Allegro^? MicroSystems CA 與 CB 封裝內使用）中常用的磁通量集中器。

圖  1.ACS71x 電流傳感器內的電流通路。電流通過 U 形回路并圍繞霍爾元件 (X) 沿任意方向流動。U 形回路安裝在 SOIC8 封裝內的芯片底部。  

棄用通量集中器的好處是，幾乎能徹底消除 IC 內的磁滯（誤差來源）。但這也會減弱 ACS71x 傳感器對抗外部磁場干擾的能力，而磁場干擾會影響電流測量的精度。在可能存在強磁場的應用中，必須注意與這些磁場相關的霍爾元件的校準和間距。在某些情況下，還需要對傳感器進行屏蔽保護。

校準

通量線在導體四周形成一個環形區域，導體所在的平面與電流通過導體的方向垂直。霍爾元件只會響應與其表面垂直的通量分量，而且只會對該方向的磁場敏感。如圖 2 所示，雖然原電流的通路 (I_P) 與霍爾元件在同一平面內，通過 U 形回路的電流產生的磁通矢量仍會與霍爾元件的平面垂直。與霍爾元件相交的部分會產生一個橫向電壓，然后它會被放大并用于產生輸出電壓。

圖  2.U 形回路與霍爾元件通過 U 形回路的電流在與電流通路垂直的平面內產生通量線。與霍爾元件的平面垂直的通量可產生霍爾電壓。  

可能的話，應使傳感器附近的強電流導體垂直于安裝傳感器封裝的印刷電路板上的平面。圖 3 顯示了這種影響。經過校準后，磁通量會在霍爾元件的平面內循環，而不是通過平面，而且只會對霍爾效應 IC 的輸出產生很小的影響。

圖  3.與霍爾元件的平面垂直的相鄰導體與電流方向垂直的通量線平行于霍爾元件的平面，并且不會產生霍爾電壓。  

間距與布線準則

在要安裝 ACS71x 傳感器的地方為 PCB 布線時，最好在傳感器和承載強電流的引線之間留出盡可能多的間距。圖 4 顯示了測得的相鄰電流引線對 PCB 和傳感器相同的一側產生的影響。雖然這是優化設計的一個考慮因素，但相鄰電流引線的影響很小，遠不如在傳感器內測量的電流產生的信號的影響。

圖  4.承載 50 A 電流的相鄰傳導引線對 ACS71x 傳感器的影響。隨著距離 D 的增加，相鄰導電引線產生的最小磁效應影響會迅速減小。  

屏蔽保護

圖 4 顯示了當電流通路與霍爾元件在同一平面內，并且其磁通量線與霍爾元件的平面垂直時，相鄰載流引線產生的磁通量對霍爾元件的影響。

如果需要加強對外部磁場干擾的防護，建議使用表面貼裝的磁合金屏蔽層覆蓋傳感器的封裝。如圖 5 所示的屏蔽層能使外部磁通量從 SOIC8 封裝轉向，而且不會對封裝內部產生的環繞主電流通路的磁場產生顯著影響。圖 6顯示了典型的磁場效果。

圖  5.簡單的屏蔽層該設計可防止垂直的磁通量線從采用 SOIC8 封裝的 Allegro 電流傳感器 IC 的上方侵入。必要時，還可在 PCB 的另一側放置第二個屏蔽層。

圖  6.屏蔽層的磁場圖簡單的鐵合金屏蔽層能使所有垂直的通量線轉向，所以能有效保護霍爾元件。  

可使用環氧樹脂將屏蔽層固定在 PCB 上，但并不一定要為其設置接地的導電通路。因為霍爾元件對與其所在平面平行的通量線不敏感，所以不必封閉屏蔽層的側面。實際上，考慮到蠕變和間隙等因素的影響，最好使 IC 引線附近的屏蔽層保持開啟。

如果需要高級屏蔽功能，可在 PCB 的底部貼裝第二個同類型的屏蔽層，以防止從底部通過 PCB 的垂直通量線影響霍爾元件。

實驗結果

進行實驗時，使用一個空心場源，對采用 8 引腳傳感器封裝的霍爾元件施加一個垂直的 ±240 G 磁場。記錄由各種鐵合金制成的屏蔽層達到的衰減水平和材料厚度。實驗結果如下。采用兩種鐵合金，硅鋼 (SiFe) 和鎳鐵 (HyMu) 合金，它們是具有高導磁率 ( μ) 的通用合金。需要注意的是，在大部分應用中，霍爾元件不得暴露在強度高達 60 G 的磁場中。例如，只有當 ACS71x 位于相鄰匯流排 (承載 500 A 電流) 6 mm 范圍內時，才允許最大 60 G 的磁場穿過霍爾傳感器。

總結

本文介紹的校準、間距和屏蔽技術的應用將逐步普及，以有效減少在使用 ACS71x 電流傳感器 IC 時，外部磁場產生的影響。

如果您在應對外部磁場的影響時，需要更多幫助，請聯系您 當地的 Allegro 銷售辦事處，我們的應用工程師將為您服務。