新纳AMR电流传感器助力电源和电机高精度、小尺寸与低成本

为了使产品完美的运行，从新材料到新工艺，从人工智能到指令集，所有创新产品都尽可能通过技术和工艺不断提高其性能和功能，而这些新技术也可以不断改进旧有的应用。与此同时，在现实世界中运行时，电池寿命短、射频连接不良、热管理不良以及性能的其他非关键方面也是决定成败的参数。

对于电源和马达驱动应用来说，非常贴合上述观点。一方面，以第三代半导体为代表的新工艺及新产品，以及更高性能且具有各种计算加速器的处理器，可显著提升电源及马达的功率和效率。另一方面，电源的SWAP-C还取决于系统的其他部件，否则系统也无法以最优化效率运行。

没有反馈就没有精确性，因此电流传感器是实时监控电源和电机系统性能，并增强先进设计性能的简单且经济高效的方法之一。

电流检测的方式

基本上有两种方法来执行电流检测，开环或闭环。开环电流传感器直接测量交流和直流电流，并在被测电路和传感器输出之间提供电气隔离。与闭环设计相比，开环电流传感器的成本较低，因此通常用于相对便宜的产品，因为它们的功率要求低且占地面积小。

而闭环传感器通过反馈回路（例如，在零磁场下工作的反馈回路）测量电流，同时提供电气隔离，这在许多电路中都很重要。闭环电流传感器，有时也称为“零通量”传感器，可提供更高的精度、更快的响应、高线性度和低温漂，并避免核心发热。当整个温度范围内小于 1% 的高精度对设计至关重要时，闭环传感器通常是首选传感器。

针对电流感应，有多种技术，每种技术都有其优点和缺点。

一些流行的方法包括分流电阻器、电流互感器和基于磁场的霍尔传感器等。最常见、最便宜和最简单的方法之一是使用分流电阻器，它采集与电流成正比的分流器上的电压降。它们能够测量 AC 和 DC，但寄生电感会对测量精度产生负面影响。

电流感应比较。 (来源: Aceinna 新纳)

也可以使用电流互感器，但它们也是无源器件，非常高的初级电流或电流中的大量直流分量会使磁芯中使用的铁氧体材料饱和，从而破坏信号。磁芯损耗还会在传感器中产生热量，从而降低性能。基于铁氧体磁芯的电流互感器具有磁滞效应，除非退磁，否则会降低性能。

霍尔效应传感器通过垂直于传感器的磁场产生的电压变化，监测载流导体产生的磁场变化。然而，它通常需要信号调理以使输出可用于大多数应用。这使得系统不仅需要用于信号调节的器件，而且在使用非稳压电源运行时也需要电压调节的器件。

与其他电流传感方法相比，各向异性磁阻 (AMR) 传感器在工作温度范围内提供了一种高性能解决方案。基于新纳AMR 技术的隔离式电流传感器提供单芯片解决方案，除去耦电容器外，不需要其他组件。

这样一个完整的解决方案具有多重优势，比如相比分流电阻，可以实现隔离，相比电流互感器更小、更准确，并且电流互感器只适用于交流电。而与使用其他霍尔效应传感器解决方案相比，AMR 技术提供更宽的带宽（1.5MHz），并具有更低的偏移和噪声。

由于 AMR 技术可以响应直流和交流双向电流，与传统解决方案相比，具有更好的精度、更高的带宽和更低的相移，因此它还提供了快速的输出阶跃响应。基于 AMR 的电流传感器是一种精确而紧凑的解决方案，用于保护和控制电力系统的关键测量。

反馈精度非常重要

准确和精确的电流监测是电源和电机测量的关键。如上所述，与传统和现有解决方案相比，新纳基于 AMR 的隔离式双向电流传感器可提供更高的直流精度和动态范围。例如，±20A 版本的典型精度为±0.6%，在 85°C 时为±2.0%（最大值）的精度。该系列产品包括±5A、±20A 和 ±50A 等不同产品，采用 SOIC-16 封装，具有低阻抗（±50 A 时为 0.9 mΩ）电流路径，通过 UL/IEC/EN认证，可用于隔离应用。

这种先进的电流传感器可以保证在整个温度范围内的偏移为±60 mA，或 FSR（最大值）的 ±0.3%，因此可以在大约 10:1 的电流范围内实现高精度，从而显着改善动态范围。特性包括 1.5MHz 信号带宽、低相位延迟与频率、300ns的快速输出阶跃响应和4.8kV隔离，使其成为快速电流控制回路中电流检测的理想选择和高性能电源、逆变器和电机控制应用的保护。

新纳电流传感器使用两个 AMR 传感器，并利用U形弯抵消电磁干扰

高带宽更适合宽禁带半导体

同步和调节是高级电力系统中需要考虑的重要因素，因为功率因数校正 (PFC) 级也是面向时间的系统。必须对电路的输出纹波进行滤波以避免电流失真，并且环路频率与系统带宽有关。

PFC 级是从输入电压提供功率的系统，由控制信号管理，因此即使系统控制环路带宽较低，也会在每个电源开关周期期间测量电流，以逐周期地测量电流。在理想条件下，开关频率应该是高倍数才能获得平坦的增益响应，并且开关频率的相位裕度应该低。尽管低频可以工作，但在开关频率的增益和相位延迟上会有一些折衷。

整体控制环路带宽可能远低于开关频率，但电流测量应与开关频率一致，以进行逐周期控制。大多数图腾柱 PFC 的切换频率约为 65 kHz 至 150 kHz，这将需要理想的 650 kHz（至少>300 kHz）至 1.5 MHz 的带宽。在某些情况下，在预先设计的情况下，开关频率被推至 300 kHz，那么则需要约 3 MHz 的带宽（至少 1.5 MHz 的带宽）。

高达 1,000 A 的大电流的功率转换通常会在低于 1 kHz 到 20 kHz 的水平上切换，通常使用 IGBT 和硅 MOSFET。而使用宽带碳化硅 (SiC)/氮化镓 (GaN) 功率开关切换高达 40-50 kHz 左右，SiC/GaN 功率级的进一步发展最终可能会将这种高电流切换提高到 100 kHz，需要带宽从 500 kHz 到 1 MHz。

因此，包括需要最高效率和可靠性的下一代高效电源、工业系统（工业 4.0）；电动汽车面临着增加续驶里程的巨大压力，以及各种绿色能源以提高电网效用。新纳的 AMR 电流传感器的高带宽支持，可适合碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等功率器件，为关键应用提供强大支持。

总结

开发和部署最佳电源和运动控制自动化解决方案的任务可能令人生畏，除非各方面都考虑到位，否则系统的性能和成本很难同时达到最优解。而通过新纳的AMR电流传感器，等一系列适当的组件、器件和方法，实现更先进的实时监控系统，更好的解决电源功率密度、性能及热管理等综合优势。