轉(zhuǎn)換和電源管理應用越來越需要具有可靠性、耐用性和準確性特征的電流傳感器的可用性。下一代電子設(shè)備將面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)，這將影響電源管理性能和效率。電流傳感器對于監(jiān)測負載吸收的功率以及控制和保護電源所必需的，必須仔細選擇，不時從霍爾效應傳感器、變壓器、分流電阻器或 AMR 中選擇最適合特定應用的解決方案傳感器。根據(jù)電絕緣的類型，電流傳感器可分為兩類：隔離式傳感器和非隔離式傳感器。非隔離傳感器適用于低電壓水平的應用，通常低于 50 V AC或 120 V DC. 在電壓和功率較高的情況下，或有浮動測量時，必須使用隔離傳感器。第一種類型的隔離傳感器可以使用分流電阻器和光學或電容絕緣體制成。另一種解決方案是使用磁電流傳感器。第一種方案除了分流電阻器外還需要一定數(shù)量的外部元件，而第二種方案是單芯片解決方案，只需要一個集成磁性 IC。

磁性電流傳感器

磁性電流傳感器可用于任何需要進行電源轉(zhuǎn)換的應用，包括：

數(shù)據(jù)中心、服務器和電信的電源。第一階段將交流電源（單相或三相）轉(zhuǎn)換為直流電壓，通常包括 PFC 電路以實現(xiàn)更高的效率。以下階段由一個或多個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器表示，這些轉(zhuǎn)換器生成負載所需的電壓（48V、12V 以及單個 CPU 的低至 1V）；

電機驅(qū)動器和逆變器。此處，第一級是帶 PFC 的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器，然后是三相 DC-AC 逆變器；

不間斷電源 (UPS)。帶有 PFC 的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器之后是電池充電器和電池組本身，直到 DC-AC 逆變器；

EV 電機驅(qū)動和電池管理。此應用中涉及的不同階段如圖 1 所示。在這種情況下，作為進一步的輸出階段，我們有兩個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和一個充電器來為 12V 和 48V 電池供電。

圖 1：EV 電機驅(qū)動器和 BMS 應用

所有列出的應用都需要在電路的相關(guān)點進行準確的電流測量，因此需要準確可靠的傳感器。對于圖 1 的示例，隔離的電流測量點用綠色圓圈表示。黑色圓圈代表非隔離電流測量。

在云/連接/5G/AI、Industry4.0、EV/Electrification、Fast SiC和GaN器件等應用的推動下，磁性電流傳感器市場預計將從2019年的1.3B美元增長到2024年的2.0B美元。效率是電源的主要關(guān)注點。80 Plus 標準所預見的最高效率水平，即 80 Plus Titanium，要求所有部分額定負載（10、20、50 和 100%）的效率都在 90% 以上，而在 50% 的額定負載下效率高達 96% . 碳化硅和氮化鎵等寬帶隙半導體 (WBG) 將有助于實現(xiàn)這些效率水平。WBG 通常具有約 50 倍的開關(guān)速度、3-5 倍的低電阻和更高的擊穿電壓、3 倍更好的熱傳導和更小的占位面積。電源將變得更小、更高效、控制更順暢，但同時需要更高的帶寬、精度、

傳感器選擇標準

在選擇電流傳感器時，必須評估一些標準（或關(guān)鍵規(guī)格）。其中包括：

標稱電流和過電流要求、電流源（交流或直流）、電流方向（單向或雙向）；

溫度范圍內(nèi)的精度：數(shù)據(jù)表應指明總誤差和讀數(shù)百分比與滿量程百分比的關(guān)系；

支持功率級開關(guān)頻率所需的帶寬；

di/dt 測量給出的輸出階躍響應給出了測量系統(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；

電氣和機械接口；

其他，包括所需的電源、輸出類型、特性（例如過電流檢測）、di/dt 和 dv/dt 耐受??性、UL/IEC 認證、設(shè)計簡單性/易用性。

大多數(shù)隔離式電流傳感器不支持寬禁帶半導體（例如 SiC 和 GaN）典型的高開關(guān)速度，而支持它們的產(chǎn)品成本很高。當前的趨勢是通過創(chuàng)建具有高帶寬和低相位延遲的磁傳感器來克服有限的帶寬和低響應時間。通過這種方式，可以獲得顯著的優(yōu)勢，例如：覆蓋高達 10 倍開關(guān)頻率的帶寬、小于 500 納秒的輸出階躍響應時間、更高的溫度精度、增加的動態(tài)范圍、降低更高頻率下的損耗和更小尺寸。

ACEINNA MCx1101

ACEINNA Inc 提供了一個基于 AMR 技術(shù)的新系列電流傳感器，在具有成本效益的 單芯片外形中實現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的精度、帶寬和階躍響應的綜合性能。

基于 AMR 的高精度、寬帶寬電流傳感器可用于各種基于 ADC 和微處理器的電源系統(tǒng)和應用。MCx1101 是完全集成的雙向電流傳感器，與替代解決方案相比，可提供更高的直流精度和動態(tài)范圍。例如，±20A 版本的典型精度為 ±0.6%，并保證在 85°C 時達到 ±2.0%（最大值）的精度。這些新型電流傳感器采用行業(yè)標準 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 認證，適用于隔離應用。

圖 2：基于 AMR 的電流傳感器

MCx1101 傳感器還保證在整個溫度范圍內(nèi)有 ±60mA 或 FSR（最大值）±0.3% 的偏移，這意味著可以在大約 10:1 的電流范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度，從而顯著改善動態(tài)范圍相對于領(lǐng)先基于霍爾傳感器的設(shè)備。新系列器件提供高精度、1.5MHz 信號帶寬與行業(yè)基準相移與頻率、快速輸出階躍響應和 4.8kV 隔離的獨特組合，使其成為快速電流控制回路中的電流檢測和高性能電源保護的理想選擇電源、逆變器和電機控制應用。MCx1101 的快速響應和高帶寬也是基于 SiC 和 GaN 的快速開關(guān)功率級的理想選擇，使電源系統(tǒng)設(shè)計人員能夠利用寬帶隙設(shè)備實現(xiàn)的更高速度和更小組件。MCx1101 還提供集成的過流檢測標志，以幫助實現(xiàn)現(xiàn)代電源系統(tǒng)所需的過流檢測。支持的電流范圍為 ±50、±20 和 ±5A，器件提供固定增益 (MCA1101) 和比例增益 (MCR1101) 版本。


審核編輯：劉清