ACS712 — датчик тока на эффекте Холла с изоляцией 2,4 кВ

Распиновка

Каждая сторона перемычки выведена на два вывода, и их соединяют вместе широкими полигонами: через выводы и медь платы уходит и ток, и тепло. По Allegro тепловое сопротивление кристалл — вывод 5 °C/Вт измерено на оценочной плате ASEK 712 с 1500 мм² меди толщиной 2 унции с каждой стороны, а кристалл — среда 23 °C/Вт — на плате 85-0322; обе цифры включают теплоотвод самой платы. Габариты корпуса — на странице «SOIC-8».

Исполнения и чувствительность

По таблице исполнений (с. 2) и характеристикам (с. 6), при VCC = 5 В и CF = 1 нФ:

Буква E означает диапазон −40…+85 °C, LC — корпус SOIC-8, TR — ленту, -S — внутренние шарики припоя без свинца, -T — со свинцом. Чувствительность задана при 25 °C и плывёт с температурой; дрейф нуля — от −0,26 до −0,35 мВ/°C ниже 25 °C, в зависимости от исполнения. Наш вывод: при постоянном токе ноль стоит измерять при выключенной нагрузке и вычитать программно.

Электрические характеристики

На первой странице даташита время нарастания — 5 мкс, а в таблице характеристик — 3,5 мкс типично; изменение «Update rise time» упомянуто в истории версий для редакции 15, а обе цифры остались. Для оценки отклика берём таблицу, помня, что это типичное значение.

Изоляция

Силовые выводы 1–4 отделены от 5–8 зазором 4 мм по воздуху и по поверхности корпуса, толщина изоляции внутри — не меньше 63 мкм. Испытательное напряжение — 2400 В действующего значения в течение минуты (в производстве — секунда), импульс 1,2/50 мкс — 4000 В. Рабочее напряжение для основной изоляции по UL 62368-1 — 420 В пикового или постоянного, 297 В действующего.

Наш вывод: в сети 230 В ACS712 даёт только основную изоляцию. Если низковольтная часть схемы доступна для прикосновения, одной этой изоляции недостаточно — нужны дополнительные меры по стандарту изделия, а дорожки на плате не должны сокращать зазор 4 мм.

Подключение к АЦП

По типовой схеме Allegro — конденсатор 0,1 мкФ между VCC и GND у самой микросхемы и 1 нФ на выводе FILTER. Ток считают как (U − U₀) / S, где U₀ — выход при нуле, а S — чувствительность из таблицы.

• Пропорциональность питанию. Ноль и чувствительность меняются вместе с VCC — это ратиометрическое измерение. Если АЦП берёт опорное напряжение от того же питания 5 В, его колебания сокращаются; с отдельным точным опорным они, наоборот, войдут в ошибку.
• Шаг АЦП. Наш расчёт для 10-битного АЦП ATmega328P с опорным 5 В: шаг 5 / 1024 ≈ 4,9 мВ, или около 26 мА для 05B, 49 мА для 20A и 74 мА для 30A.
• АЦП на 3,3 В. Выход у исполнений на 20 и 30 А при полном токе доходит почти до 0,5 и 4,5 В — его делят делителем с общим сопротивлением не меньше 4,7 кОм, и пересчитывают чувствительность с учётом коэффициента деления.
• Фильтр. Частота среза — 1 / (2π · 1,7 кОм · CF); подобрать конденсатор под нужную полосу можно в калькуляторе RC-фильтра.

Нагрев перемычки — наш расчёт по закону Джоуля: при 20 А в ней выделяется 20² · 0,0012 ≈ 0,48 Вт, при 30 А — около 1,1 Вт. Это немного для прибора, но много для узких дорожек: силовая медь на плате должна быть рассчитана на этот ток.

Когда лучше шунт

ACS712 удобен, когда нужна развязка или ток переменный, но для малых токов шумит: размах шума в пересчёте на ток — около 0,1 А у всех трёх исполнений, и это при конденсаторе 47 нФ на выводе FILTER, то есть полосе около 2 кГц. С конденсатором 1 нФ из типовой схемы полоса шире и шум больше (наш вывод: Allegro нормирует шум только для 47 нФ). Для точного измерения постоянного тока до нескольких ампер с общим проводом точнее монитор на шунте с цифровым выходом — INA219 или INA226, а для трёх линий сразу — INA3221. Расчёт шунта — в калькуляторе токового шунта.