下一代電子設備面臨重大技術挑戰，這將影響電源管理性能和效率。轉換和電源管理應用越來越需要能夠提供可靠性、耐用性和準確性的電流傳感器。這些器件，無論是霍爾效應傳感器、變壓器、分流電阻器還是各向異性磁阻 (AMR) 電阻器，都是監測負載吸收的功率以及控制和保護電源所必需的。

必須仔細選擇電流傳感器，為特定應用選擇最合適的解決方案。根據電氣絕緣類型，電流傳感器可分為隔離式傳感器和非隔離式傳感器兩類。非隔離傳感器適用于低電壓應用，通常低于 50 V AC 或 120 V DC。在電壓和功率較高的情況下，或者有浮動測量時，需要使用隔離傳感器。

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，還需要一定數量的外部元件，第二種方案是單芯片解決方案，只需要集成磁性 IC。

磁電流傳感器

磁性電流傳感器可用于任何有功率轉換的應用，包括：

數據中心、服務器和電信電源：第一級將單相或三相交流電源轉換為直流電壓，通常包括 PFC 電路以實現更高的效率。以下階段由一個或多個 DC/DC 轉換器表示，這些轉換器產生負載所需的電壓(48 V、12 V 和單個 CPU 的低至 1 V)。

電機驅動器和逆變器：第一級是帶 PFC 的 AC/DC 轉換器，然后是三相 DC-AC 逆變器。

不間斷電源 (UPS)：帶 PFC 的 AC/DC 轉換器后面是電池充電器、電池本身和 DC/AC 逆變器。

電動汽車 (EV) 電機驅動和電池管理：該應用涉及的不同階段如圖1所示。在這種情況下，作為進一步的輸出級，有兩個 DC/DC 轉換器和一個充電器為 12-V 和 48-V 電池供電。

圖 1：EV 電機驅動器和電池管理系統 (BMS) 應用(圖片：Aceinna)

所有上述應用都需要在電路中的相關點進行準確的電流測量，因此需要準確可靠的傳感器。在圖 1示例中，隔離電流測量點用綠色圓圈表示，而黑色圓圈表示非隔離電流測量值。

在云、連接、5G/人工智能、工業 4.0、電動汽車/電氣化以及快速碳化硅 (SiC) 等應用的推動下，磁電流傳感器市場預計將從 2019 年的 13 億美元增長到 2024 年的 20 億美元和氮化鎵 (GaN) 器件。

效率是電源中的一個主要問題。80 Plus 標準的最高效率級別稱為 80 Plus Titanium，要求所有額定負載部分(10%、20%、50% 和 100%)的效率都高于 90%，在 50% 的負載下效率高達 96%。額定負載。SiC 和 GaN 等寬帶隙半導體 (WBG) 將有助于實現這些效率水平。WBG 器件通常具有約 50 倍的開關速度、3-5 倍的低電阻、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、精度和更小尺寸的電流傳感器。

選擇標準

在選擇電流傳感器時，設計人員應評估幾個關鍵規格。其中包括：

標稱電流和過流要求、電流源(交流或直流)和電流方向(單向或雙向)

溫度范圍內的精度：數據表應指示總誤差和讀數百分比與滿量程百分比

支持功率級開關頻率所需的帶寬

輸出階躍響應，由 di/dt 測量給出，它給出了測量系統需要多快的概念

溫度范圍

隔離類型

解決方案的規模和成本

電氣和機械接口

其他規格包括所需電源、輸出類型、功能(例如過流檢測)、di/dt 和 dv/dt 耐受性、UL/IEC 認證以及設計簡單性/易用性

大多數隔離式電流傳感器不支持 WBG 半導體(如 SiC 和 GaN)典型的高開關速度，而支持它們的傳感器成本很高。當前的趨勢是通過創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，可以獲得顯著的優勢，例如覆蓋高達 10 倍開關頻率的帶寬、小于 500 ns 的輸出階躍響應時間、更高的溫度精度、更大的動態范圍、更高頻率下的損耗降低以及更小的尺寸。

一種解決方案：Aceinna MCx1101

Aceinna Inc. 提供基于 AMR 技術的全新電流傳感器系列，以具有成本效益的單芯片外形尺寸實現行業領先的精度、帶寬和階躍響應綜合性能。

基于 AMR 的高精度、寬帶寬電流傳感器可用于各種 ADC 和基于微處理器的電源系統和應用。MCx1101器件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范圍。

例如，±20-A 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標準 SOIC-16 封裝(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(圖片：Aceinna)

MCx1101 傳感器還保證在整個溫度范圍內的偏移為 ±60 mA，或 FSR(最大值)的 ±0.3%，這意味著可以在大約 10:1 的電流范圍內實現高精度，與領先的基于霍爾傳感器的設備。這些器件提供了高精度、1.5MHz 信號帶寬與行業基準相移與頻率、快速輸出階躍響應和 4.8kV 隔離的獨特組合，使其適用于快速電流控制回路中的電流檢測和保護高性能電源、逆變器和電機控制應用。

MCx1101 的快速響應和高帶寬還適用于基于 SiC 和 GaN 的快速開關功率級，使電源系統設計人員能夠利用 WBG 器件實現的更高速度和更小的組件。MCx1101 還提供集成過流檢測標志，以幫助實現現代電源系統所需的過流檢測。支持的電流范圍為 ±50、±20 和 ±5 A。它們提供固定增益 (MCA1101) 和比例增益 (MCR1101) 版本。(Aceinna 的 MCx1101 完全集成的雙向電流傳感器是2019 年度產品獎的獲得者。)

　　審核編輯：湯梓紅