嵌入式電子開發社區目前正在經歷我們行業自集成電路創建以來的最大變化。從人工智能等新的面向軟件的解決方案到新的硬件拓撲再到新的半導體材料，我們正處于一個需求增長的顛覆性時期。

其中許多進步與用戶功能有關，例如依賴下一代射頻技術的基于云的物聯網 （IoT） 解決方案。其他快速興起的電流感應應用包括電動汽車 （EV） 及其先進的駕駛輔助系統 （ADAS） 和自動駕駛需求，以及基于碳化硅 （SiC） 和/或氮化鎵 （GaN） 的寬帶隙電源開關） 半導體。這些領域的一些最重要的進步是在性能和效率方面，使下一代電子解決方案能夠應對用戶和市場的挑戰和需求。

個人電子產品的最新趨勢給嵌入式系統的設計人員帶來了很大壓力。對于消費和醫療可穿戴設備、先進的個人電子產品和物聯網，體積越小、功能越多、壽命越長越好。同樣，工業和汽車應用也在突破界限，以實現更小、更高效、更可靠和更強大的解決方案。所有這些方面的重大改進包括減少零件數量、簡化電路和提高操作效率。

電流傳感技術是創建小型精密控制和保護電子電路的關鍵，這些電子電路需要讓未來的設備高效且經濟地服務于應用。沒有反饋就沒有精度，而電流感應可以提供嵌入式智能系統自我管理所需的關鍵性能信息。電流感應解決方案的尺寸、精度和速度將直接影響所有這些方面。

AMR 電流感應

基于 ACEINNA 各向異性磁阻 （AMR） 技術的隔離式電流傳感器是一種單芯片解決方案，除去耦電容器外，不需要其他組件。與其他電流傳感方法相比，AMR 傳感器提供了一種緊湊且高性能的解決方案。例如，使用分流電阻器的問題在于它本質上不是隔離的。電流互感器比基于 AMR 的電流傳感器體積更大，并且僅適用于交流電。與使用霍爾效應傳感器相比，AMR 技術提供 1.5 MHz 的帶寬，并且具有更低的偏移和噪聲。

AMR 技術提供比分流寄存器或變壓器更好的性能，可以響應直流和交流雙向電流，帶寬為 1.5 MHz，與基于霍爾效應的解決方案相比，偏移和噪聲更低。基于 AMR 的電流傳感器提供更高的精度、更高的帶寬和更低的相移以及非常快的輸出階躍響應，是一種精確且緊湊的解決方案，用于保護和控制電力系統的非常關鍵的測量。

在傳感器內，電流流過引線框架中的 U 形彎頭，并在此處產生由器件中的兩個電流傳感器測量的正向或反向場。通過從兩個電流方向測量磁場，該設備可以消除可能存在的外部磁場和磁場異常。這允許水平感應 AMR 芯片忽略電路板上其他附近組件產生的外部場。

電動汽車

現在，電動汽車受到了極大的關注。大部分重點是提高動力總成、電機和車載/非車載充電系統的效率以及電池組的性能，因為它們都與車輛續航里程和充電效率直接相關。在這些應用領域中正確應用電流感應技術可以帶來顯著的優勢。

由于電機是消耗電力的地方，因此任何改進都將在整個系統中產生級聯好處，從增加電動汽車續航里程到減少熱管理需求。在驅動電機方面，開關頻率和控制機制至關重要。

有效的電機控制需要準確的性能測量，為此，您需要有效的電流傳感器。對于預測性維護的電機狀態監測，快速電流傳感器有助于測量和監測電機紋波電流，以確定使用壽命和性能參數。在保護方面，電流傳感器通過提高電機驅動器的控制、精度和可靠性來幫助支持安全。

許多電動汽車電力電子設備和充電系統正在遷移到先進的寬帶隙半導體，如 SiC 和 GaN，因為提供的好處包括更高的效率和增加開關頻率的能力。更快開關的一個顯著好處是能夠縮小電路中無源元件和磁性元件的尺寸，從而帶來直接的尺寸和重量優勢。

然而，當電路開關速度更快時，測量性能參數的能力必須能夠跟上，要求來自快速準確的電流傳感器的實時信息。實時監控電路可實現高級功能，如電源開關和電機驅動頻率的動態控制，以及可靠和快速的故障檢測。

在電動火車、工業機器、牽引和機器人技術的相關領域，我們開始看到使用磁阻電機，這是一種通過磁阻產生扭矩的無繞組設計。磁阻電機提供同步、可變、開關和可變步進配置，能夠以低成本提供高功率密度。

磁阻電機的問題包括低速時的高轉矩脈動和由此產生的噪音。此外，由于涉及極高的溫度，磁阻電機通常配備單獨的線束和控制系統。使用寬帶隙 SiC 半導體和高帶寬 AMR 傳感器的高級解決方案可以吸收更多熱量，從而降低整個系統的尺寸、重量和復雜性，從而提供級聯優勢。

由于轉子中沒有銅線圈，磁阻電機可以比同類電動機更輕。但是，所需的控制系統非常復雜，因為如果不精確控制與轉矩有關的電流，就會產生轉矩脈動，從而產生噪聲問題。先進的快速電流檢測改進了紋波電流的控制，從而提供了更低的噪聲和更可靠的解決方案。

再次啟動保護端很重要，因為在大功率系統中，您可能希望在 1.5 μs 內關閉整個功率級。如果您查看關閉時間預算，您的階躍響應需要小于 500 ns，隨著我們遷移到更高功率和頻率級別，這將變得更加嚴格。

功率因數校正

用于降低感性負載中的滯后功率因數，功率因數校正 （PFC）可補償電壓和電流之間的相位差，因為當功率因數下降時，系統效率會降低。

要以 0.2 的功率因數獲得 1 kW 的有功功率，需要傳輸 5 kVA 的視在功率（1 kW ÷ 0.2 = 5 kVA）。這顯然會嚴重影響電機、冰箱和 HVAC 系統、逆變器、不間斷電源 （UPS） 和類似應用空間等感應負載的性能。

寬帶隙 SiC 和 GaN 功率開關的快速開啟和關閉時間、快速反向恢復和更低的導通電阻允許有效利用圖騰柱架構來提高 PFC 的效率并減少使用的組件數量。這些優勢有助于電力系統獲得更高效率的 80+ 金牌和鈦金認證。

例如，當涉及到圖騰柱中 PFC 中的紋波電流時，要逐周期測量電流以計算脈寬調制 （PWM） 占空比，您需要具有高帶寬才能匹配電路的開關頻率。假設您的 PFC 開關頻率被推至 65、140、200 甚至 300 kHz，理想情況下，您希望電流傳感器的開關頻率帶寬是 10 倍。

智能制造

談到智能制造和智能工廠，它實際上是關于自動化和數據交換。在受電設備連接到智能基礎設施和互聯網的系統中，您還需要進行電源轉換。電力監控和管理對于智能裝配過程的最佳運行至關重要，所有內容都可以實時測量。

自動化系統中有多個位置可以部署 AMR 電流傳感器，以利用其精度、帶寬和階躍響應。如果您有一個高精度的傳感器，那么您可以優化您的流程并提高效率和生產力。

通過使用 AMR 電流感應來確定處理器的使用量，可以進一步利用這種性能優勢，特別是對于涉及人工智能、云和數據存儲的應用程序。AMR 電流傳感器還可以使用功率跟蹤來進行性能監控、優化處理器負載和熱管理。

展望未來

無論是先進的電動汽車、整個智能工廠、UPS、逆變器還是電機驅動器，高效且具有成本效益的電源管理都是實現最佳性能的關鍵。在驅動電機或為 5G 電信供電的應用中，您希望運行得更快、更有效。先進的電流感應可在更高的頻率和溫度下實現更高水平的控制、更高的效率。

下一代嵌入式設備必須能夠以最有效和最具成本效益的方式服務于最新的應用程序空間。使用基于 AMR 的電流感應解決方案來確保電子設備處于最佳狀態，這將為整個系統帶來級聯收益

沒有反饋就沒有精度。精確的快速電流反饋可在先進的供電電路中實現最高水平的高效和安全操作。

審核編輯：郭婷