AKM在電流傳感器領(lǐng)域的發(fā)展

如今，在電力電子系統(tǒng)或設(shè)備中，電流傳感器無處不在，被譽(yù)為“電路穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)兵”，通過電流傳感器檢測電流，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測電力、控制電機(jī)、以及檢測系統(tǒng)過流進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)機(jī)制。近幾年，尤其隨著工廠物聯(lián)網(wǎng)（IoT）化、汽車電動(dòng)化浪潮的蔓延，電流傳感器的作用變得越來越重要。如何高效、精確地控制、監(jiān)測和保護(hù)需要長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)并不容易，因此也對(duì)電流傳感器提出各種各樣的需求，包括更高的精度、靈敏度，更低的發(fā)熱，以及更小的尺寸等等……

在電流傳感器領(lǐng)域，旭化成微電子（Asahi Kasei Microdevices Corporation，簡稱“AKM”）是全球知名企業(yè)，在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品聚焦方面都代表了該領(lǐng)域的大勢(shì)和走向。那么，AKM的電流傳感器欲引領(lǐng)市場發(fā)展的底氣是什么？面對(duì)新需求有哪些創(chuàng)新？在應(yīng)用場景方面有何拓展與聚焦？對(duì)于這些問題，集微網(wǎng)近日與旭化成電子科技（上海）有限公司市場開拓課高級(jí)經(jīng)理兼技術(shù)專家江華進(jìn)行了一場面對(duì)面交流，并從中深刻了解到AKM在電流傳感器領(lǐng)域的深厚積淀與創(chuàng)新方向。

在激烈市場競爭中取勝的信心和底氣，擁有電流傳感器全產(chǎn)業(yè)鏈能力

固然，現(xiàn)有電流檢測的類型較多，包括分流電阻+絕緣放大器/絕緣ADC、ACCT、帶磁芯的電流傳感器、無磁芯霍爾電流傳感器等。但其中，霍爾電流傳感器又因其響應(yīng)速度快、測量范圍廣、工作頻帶寬、可靠性高、體積小、重量輕、易于安裝等一眾優(yōu)點(diǎn)在市場中廣泛滲透。

AKM在霍爾元件行業(yè)擁有近40年的歷史，已獲得多項(xiàng)專利，為眾多客戶所采用?；贏KM在霍爾元件領(lǐng)域的深厚積淀，其電流傳感器產(chǎn)品自然也“出身不凡”。這從AKM無磁芯霍爾電流傳感器“Currentier”的命名上也可見一斑，“Currentier”是Current （電流）+ Frontier（先驅(qū)者）的首創(chuàng)詞，AKM這樣命名的靈感正是源自于其所擁有的高性能，其集尺寸小，無磁滯，貼片裝，發(fā)熱低，精度高，無需外接零部件，易于使用的優(yōu)點(diǎn)于一身，一直力爭電流傳感器界的引領(lǐng)者地位。

談及AKM電流傳感器技術(shù)與產(chǎn)品欲引領(lǐng)市場發(fā)展背后的底氣，江華表示：“不同于Fabless形式，我們掌握了電流傳感器整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)，從化工原料的生產(chǎn)、提純，到制造產(chǎn)品的晶圓、光刻，以及設(shè)計(jì)，還有后續(xù)的封裝。這一全產(chǎn)業(yè)鏈的能力不僅保障了公司在技術(shù)與產(chǎn)品方面的領(lǐng)先與不斷迭代，而且還能保持高性價(jià)比?！?/p>

技術(shù)發(fā)展的秘訣，材料與封裝持續(xù)創(chuàng)新

如上所言，現(xiàn)階段電流傳感器的作用日益重要，終端應(yīng)用市場也對(duì)其提出了更高的要求，如小型化、高靈敏度以及低發(fā)熱、優(yōu)秀的絕緣性。而AKM通過在霍爾元件中摸索出的化合物半導(dǎo)體材料技術(shù)，以及先進(jìn)的封裝技術(shù)等，能很好滿足業(yè)界的需求，江華強(qiáng)調(diào)道。

尤為值得一提的是，AKM的電流傳感器使用砷化銦（InAs）化合物半導(dǎo)體材料，在靈敏度和溫度特性上有很好的平衡。高靈敏度霍爾元件砷化銦是AKM獨(dú)創(chuàng)的化合物半導(dǎo)體技術(shù)，將其應(yīng)用至電流傳感器中，使得在產(chǎn)品分辨率和響應(yīng)速度方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯。江華分享道，與使用硅（Si）材料的一般電流傳感器相比，砷化銦化合物半導(dǎo)體的電子遷移率大約是硅半導(dǎo)體的24倍，因此能夠擁有更大的靈敏度，在更遠(yuǎn)的距離下也能檢測磁場的變化。

不僅如此，采用砷化銦霍爾元件的電流傳感器能更好地處理大電流。因?yàn)楣杌魻栐`敏度低，為了彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)，需要采取減小初級(jí)導(dǎo)體寬度以增加磁場強(qiáng)度和增加校正IC的增益等措施。而減小初級(jí)導(dǎo)體截面積的代價(jià)是初級(jí)導(dǎo)體的電阻值變高，甚至比帶磁芯電流傳感器更高，導(dǎo)致容易發(fā)熱，難以處理大電流，能夠通過的有效電流值被限制在40Arms左右。

另一方面，AKM電流傳感器在封裝技術(shù)領(lǐng)域取得專利的絕緣結(jié)構(gòu)，不僅能確保其絕佳的絕緣性，還能保持“小且薄”的封裝尺寸。

無磁芯電流傳感器封裝的作用是，產(chǎn)生磁場和確保絕緣性。一般而言，普通的無磁芯電流傳感器的封裝內(nèi)部，一次側(cè)和二次側(cè)的絕緣是通過絕緣膜來實(shí)現(xiàn)的，在封裝外部，絕緣性能則通過保證初級(jí)導(dǎo)體和次級(jí)側(cè)端子之間的爬電距離和電氣間隙來實(shí)現(xiàn)。在這種結(jié)構(gòu)中，沿初級(jí)導(dǎo)體（高壓側(cè)）—絕緣膜—ASIC（低壓側(cè)）的路徑存在爬電，如果絕緣膜和封裝樹脂之間存在間隙，則可能發(fā)生介電擊穿。

而在AKM電流傳感器的專利結(jié)構(gòu)中，高壓側(cè)的一次導(dǎo)體和低壓側(cè)的ASIC/霍爾元件之間沒有物理接觸，這之間填充了一種絕緣封裝樹脂。同時(shí)，這一結(jié)構(gòu)在封裝內(nèi)部沒有爬電，實(shí)現(xiàn)了高度絕緣，封裝外部爬電距離/電氣間隙在8mm以上，可實(shí)現(xiàn)400V加強(qiáng)絕緣。另外，AKM電流傳感器采用小型表面安裝的封裝技術(shù)，且因?yàn)闆]有芯材，所以能將厚度做薄。

新一代產(chǎn)品將推出，滿足電動(dòng)汽車高壓驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的需求

從模組到集成IC，AKM的電流傳感器在不斷迭代，如今擁有高性能的豐富產(chǎn)品陣容。江華表示，為滿足當(dāng)今市場的多元化、多場景需求，AKM已重點(diǎn)推出CZ37電流傳感器系列，能支持40Arms到100Arms的電流范圍，應(yīng)用于電動(dòng)汽車快速充電樁、組合式空調(diào)、通用變頻器、光伏功率調(diào)節(jié)器、UPS等領(lǐng)域，新一代電流傳感器也即將推出，重點(diǎn)聚焦電動(dòng)汽車車載充電器（OBC）應(yīng)用。

AKM深入電動(dòng)汽車領(lǐng)域，最大的原因當(dāng)然是汽車電動(dòng)化已在全球范圍內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位，且趨勢(shì)還在不斷加速。而在電動(dòng)汽車充電過程中，需要用OBC進(jìn)行交直流電的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的過程中會(huì)用到DC-DC轉(zhuǎn)換器，而在DC-DC上必須要進(jìn)行電流的檢測，因此電流傳感器不可或缺。

更為關(guān)鍵的是，AKM十分看重使用化合物半導(dǎo)體技術(shù)的電流傳感器在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用。江華解釋到，近兩年，為緩解消費(fèi)者的續(xù)航里程焦慮，并實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)能的需求，絕大多數(shù)的主流車企開始選擇高壓快充方案，并將電壓平臺(tái)從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，特別是800V高壓快充，已經(jīng)被越來越多的整車廠提上日程。伴隨電動(dòng)汽車平臺(tái)正在向800V等高壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，功率電子系統(tǒng)中，SiC-MOSFET或GaN-MOSFET正在被廣泛應(yīng)用。

隨著功率電子從Si切換為SiC或GaN，電力容量變得更大，開關(guān)頻率也變得更高，這就需要電流傳感器具有更寬廣的電流測量范圍以及更高的靈敏度。例如，在使用SiC功率器件的OBC中，由于驅(qū)動(dòng)范圍的擴(kuò)大，內(nèi)部會(huì)流過100 Apeak以上的峰值電流，但此時(shí)Si的電流傳感器難以處理大電流，而且Si的電流傳感器電子遷移率慢，靈敏度低，很難及時(shí)響應(yīng)開關(guān)的高頻率。因此，電流傳感器的半導(dǎo)體材料也需要隨著電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)半導(dǎo)體材料的選擇而變化。

江華還指出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在涉及SiC或GaN功率器件的產(chǎn)品開發(fā)中，會(huì)使用更高的電壓和更大的電流，因此設(shè)計(jì)需要做好絕緣并使用低發(fā)熱的電流傳感器。這些特性在任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都是不可避免的。采用擁有UL規(guī)格認(rèn)證的絕緣性好且發(fā)熱低的電流傳感器，不僅有助于開發(fā)更安全的產(chǎn)品，還可以在不花費(fèi)設(shè)計(jì)人員大量時(shí)間的前提下完成系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。

而AKM新一代電流傳感器可以說是“一劑良方”，正好能滿足搭載SiC和GaN功率器件的系統(tǒng)控制的以上性能要求，毫無疑問將成為未來的大勢(shì)所趨。

審核編輯：彭菁