基于AMR技術(shù)的磁性電流傳感器解決方案

轉(zhuǎn)換和電源管理應(yīng)用越來越需要具有可靠性、耐久性和準(zhǔn)確性的電流傳感器。下一代電子設(shè)備將面臨重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，這將影響電源管理性能和效率。必須仔細(xì)選擇用于監(jiān)測負(fù)載吸收的功率以及控制和保護(hù)電源所需的電流傳感器，在霍爾效應(yīng)傳感器、變壓器、并聯(lián)電阻器或AMR傳感器中，不時(shí)選擇最適合具體應(yīng)用的解決方案。

根據(jù)電絕緣的類型，電流傳感器可分為兩類：隔離傳感器和非隔離傳感器。非隔離傳感器適用于低電壓水平的應(yīng)用，通常低于50伏交流電壓或120伏直流電壓。如果需要隔離或使用更高電壓的傳感器。第一種類型的隔離傳感器可以用并聯(lián)電阻和光學(xué)或電容絕緣體制成。另一種解決方案是使用磁性電流傳感器。第一種解決方案除了需要分流電阻外，還需要一定數(shù)量的外部元件，第二種是單芯片解決方案，只需要集成磁性集成電路。

磁電流傳感器

磁性電流傳感器用于任何有功率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，包括：

數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器和電信用電源。第一級將交流電源（單相或三相）轉(zhuǎn)換為直流電壓，通常包括一個(gè)PFC電路以獲得更高的效率。以下階段由一個(gè)或多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器表示，這些轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生負(fù)載所需的電壓（單個(gè)CPU的電壓為48V、12V，低至1V）；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)和逆變器。這里，第一級是一個(gè)帶PFC的AC-DC轉(zhuǎn)換器，接著是一個(gè)三相DC-AC逆變器；

不間斷電源（UPS）。帶PFC的AC-DC轉(zhuǎn)換器后面是電池充電器和電池組本身，最后是DC-AC逆變器；

電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電池管理。這個(gè)應(yīng)用程序涉及的不同階段如圖1所示。在這種情況下，作為進(jìn)一步的輸出級，我們有兩個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)充電器為12V和48V電池供電。

圖1:EV電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和BMS應(yīng)用

所有列出的應(yīng)用都要求在電路的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的電流測量，因此需要提供準(zhǔn)確可靠的傳感器。對于圖1的示例，隔離電流測量點(diǎn)用綠色圓圈表示。非隔離的黑色圓圈表示電流測量值。

受到云/連接/5G/AI、工業(yè)4.0、電動(dòng)汽車/電氣化、快速SiC和GaN設(shè)備等應(yīng)用的推動(dòng)，磁性電流傳感器市場預(yù)計(jì)將從2019年的13億美元增長到2024年的20億美元。效率是電源的一個(gè)主要問題。80+標(biāo)準(zhǔn)所預(yù)見的最高效率水平，要求所有額定負(fù)載部分（10、20、50和100%）的效率高于90%，在50%額定負(fù)載下，效率高達(dá)96%。寬禁帶半導(dǎo)體（WBG），如SiC和GaN，將有助于達(dá)到這些效率水平。WBG的典型特點(diǎn)是開關(guān)速度快50倍，電阻降低3-5倍，擊穿電壓更高，熱傳導(dǎo)性能提高3倍，占地面積更小。電源將變得更小，效率更高，控制更順暢，但同時(shí)將需要更高的帶寬、精度和更小尺寸的電流傳感器。

傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)

• 在選擇電流傳感器時(shí)，必須評估一些標(biāo)準(zhǔn)（或關(guān)鍵規(guī)格）。其中包括：
• 額定電流和過電流要求、電流源（交流或直流）、電流方向（單向或雙向）；
• 溫度精度：數(shù)據(jù)表應(yīng)說明總誤差和讀數(shù)百分比與滿量程的百分比；
• 支持功率級開關(guān)頻率所需的帶寬；
• 由di/dt測量給出的輸出階躍響應(yīng)給出了測量系統(tǒng)需要多快的概念；
• 溫度范圍；
• 隔離類型；
• 解決方案的規(guī)模和成本；
• 電氣和機(jī)械接口；

其他，包括所需電源、輸出類型、特性（例如過電流檢測）、di/dt和dv/dt耐受性、UL/IEC認(rèn)證、設(shè)計(jì)簡單性/易用性。

大多數(shù)隔離電流傳感器不支持SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體的高開關(guān)速度，而那些支持它們的則需要高昂的成本。目前的趨勢是通過制造高帶寬、低相位延遲的磁性傳感器來克服有限的帶寬和低響應(yīng)時(shí)間。這樣，可以獲得如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：帶寬可覆蓋10倍的開關(guān)頻率，輸出階躍響應(yīng)時(shí)間小于500ns，過溫精度高，動(dòng)態(tài)范圍增大，高頻損耗減小，尺寸更小。

ACEINNA MCx1101

ACEINNA公司提供了一種基于AMR技術(shù)的新型電流傳感器系列，該系列傳感器在精度、帶寬和階躍響應(yīng)方面具有業(yè)界領(lǐng)先的綜合性能，并采用了經(jīng)濟(jì)高效的單芯片外形。

高精度、寬帶寬的基于AMR的電流傳感器可用于廣泛的ADC和基于微處理器的電力系統(tǒng)和應(yīng)用。MCx1101是完全集成，雙向電流傳感器，提供更高的直流精度和動(dòng)態(tài)范圍比其他解決方案。例如，±20A版本的典型精度為±0.6%，并保證在85°C時(shí)達(dá)到±2.0%（最大）的精度。這些新型電流傳感器采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SOIC-16封裝（見圖2），具有低阻抗（0.9毫歐）電流路徑，并通過UL/IEC/EN認(rèn)證，適用于隔離應(yīng)用。

圖2：基于AMR的電流傳感器

MCx1101傳感器還可保證±60毫安的偏移，或±0.3%的FSR（最大值），這意味著可以在大約10:1的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度，從而顯著改善基于霍爾傳感器的領(lǐng)先設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍。新系列設(shè)備提供了高精度、1.5MHz信號帶寬與行業(yè)基準(zhǔn)相移與頻率、快速輸出階躍響應(yīng)和4.8kV隔離的獨(dú)特組合，使其成為快速電流控制回路中電流傳感和高性能電源保護(hù)的理想選擇，逆變器和電機(jī)控制應(yīng)用。MCx1101的快速響應(yīng)和高帶寬也是快速開關(guān)SiC和GaN基功率級的理想選擇，使電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠利用寬帶隙器件實(shí)現(xiàn)的更高的速度和更小的元件。MCx1101還提供了集成過電流檢測標(biāo)志，以幫助實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)所需的過電流檢測。支持的電流范圍為±50、±20和±5A，設(shè)備提供固定增益（MCA1101）和比率增益（MCR1101）兩種版本。
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