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采用LEM电流传感器IC简化系统设计
从PCB布局到可编程保护
电流传感器集成电路：简化系统设计与集成
LEM集成电流传感器（ICS）将传感元件、信号调理和保护功能整合于单一紧凑封装中。其即插即用的特性显著简化了系统设计，缩短开发周期并最大限度减少复杂外部电路的需求。这种易集成特性使电流传感器IC器件对追求快速部署且不牺牲精度与可靠性的工程师极具吸引力。尽管其电气性能已得到充分验证，但在实际应用中实现最佳精度、稳定性和保护性能，很大程度上取决于PCB集成方案的设计。
集成电流传感器的热性能考量
LEM的ICS器件可在-40°C至+125°C的环境温度下工作，部分型号最高可达+150°C。除环境条件外，还需管理一次电流损耗产生的自热效应——由于传感元件紧邻一次导体布置，热量积聚会直接影响结温。必须严格避免超过最大结温（Tj max = 165°C）。
最大结温由以下因素共同决定：
- 环境温度
- 导体电阻引起的自热（焦耳热效应）
热性能是以下因素的平衡：
- 主引线框架横截面 — 横截面越大，电阻越低，发热量越少。
- 主收缩区 — 横截面越窄，磁耦合越强，灵敏度越高，噪声越低。
40安培时温度上升示例：
建议：在最终PCB组装中进行热仿真和物理测量，确保最坏情况下的器件温度（Tj）保持在165°C以下。
设置用于ICS过滤与稳定性的无源元件
LEM的电流传感器集成电路需要一组外部无源元件才能实现最佳运行。
| 功能 | 典型值 | 目的 | 注释 |
|---|---|---|---|
| 输出滤波电容 (Vout - GND) | 47 nF | 消除高频噪声 | X7R电容推荐用于热稳定性要求；在有限温度范围内（工业用途），成本优化的电容可接受。 |
| 强迫症滤波电容 (OCD - GND) | 非必需 | 响应时间由内部定义 | 外部电容无法防止误触发 |
| 分压电阻 （强迫症阈值） | R1 + R2 ≈ 200 kΩ | 通过Vref设定过载保护跳闸点 | 高值可确保Vref 电流消耗低且保持精度 |
| 上拉电阻 （故障引脚） | 4.7 kΩ – 10 kΩ | 确保故障未激活时逻辑有效 | 具体数值取决于MCU输入规格 |
编程过流检测（OCD）阈值
OCD引脚支持在无需修改固件的情况下进行硬件级电流限制配置。
工作原理：
- 集成电流传感器产生与测量电流成正比的内部电压
- 该电压与OCD引脚电压进行比较
- OCD引脚电压通过电阻分压器从Vref 引脚获取
分隔符公式：
VOCD = Vref x R2 / (R1 + R2)
示例：
- Vref = 2.5 V
- 期望跳闸点 = 额定电流的80% → Vout = 2.0 V
- 选择R1 = 10 kΩ，R2 ≈ 15 kΩ，使OCD引脚达到2.0 V
最佳实践：
- 使用精密电阻（精度±1%或更高）
- 确保分压器电流≥100 µA以保证稳定运行
- 现场调整时仅需更换R2电阻
附加引脚与功能
- OCD 内部 – 工厂预设阈值比较器，用于固定过流保护；作为备用保护层使用。
- 故障引脚 – 开漏输出，过流时低电平；连接至MCU以触发中断或关闭电路。
- 测试/校准引脚 – 工厂专用；终端产品中通常保持悬空，除非另有说明。
- Vref 引脚 – 提供稳定基准电压（通常为2.5V），用于OCD编程及MCU的ADC基准；需在引脚附近配置100nF去耦电容。
通过集成LEM电流传感器IC增强过流保护功能
通过结合周密的PCB布线、正确的无源元件选型以及精确的OCD编程，设计人员能够充分发挥LEM电流传感器IC的性能优势。
遵循以下集成指南可确保：
- 精确稳定的测量
- 可靠的过流保护
- 在噪声干扰的工业环境中保持强健性能
凭借其集成架构和简便的实施方式，LEM电流传感器IC为从概念到部署提供了无缝路径。其易于集成的特性不仅加速了产品上市时间，还降低了设计复杂度，使其既适用于大批量工业应用，也适用于敏捷的原型设计环境。通过极少的外部元件和直观的配置，集成式电流传感器解决方案使工程师能够专注于构建更智能、更安全的系统，同时最大限度地减少设计负担。