根據(jù)電絕緣的類型，電流傳感器可分為兩類：隔離傳感器和非隔離傳感器。非隔離傳感器適用于低電壓水平的應用，通常低于50伏交流電壓或120伏直流電壓。如果需要隔離或使用更高電壓的傳感器。第一種類型的隔離傳感器可以用并聯(lián)電阻和光學或電容絕緣體制成。另一種解決方案是使用磁性電流傳感器。第一種解決方案除了需要分流電阻外，還需要一定數(shù)量的外部元件，第二種是單芯片解決方案，只需要集成磁性集成電路。

 

磁電流傳感器

 

磁性電流傳感器用于任何有功率轉(zhuǎn)換的應用，包括：

 

數(shù)據(jù)中心、服務器和電信用電源。第一級將交流電源（單相或三相）轉(zhuǎn)換為直流電壓，通常包括一個PFC電路以獲得更高的效率。以下階段由一個或多個DC-DC轉(zhuǎn)換器表示，這些轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生負載所需的電壓（單個CPU的電壓為48V、12V，低至1V）；

 

電機驅(qū)動和逆變器。這里，第一級是一個帶PFC的AC-DC轉(zhuǎn)換器，接著是一個三相DC-AC逆變器；

 

不間斷電源（UPS）。帶PFC的AC-DC轉(zhuǎn)換器后面是電池充電器和電池組本身，最后是DC-AC逆變器；

 

電動汽車電機驅(qū)動和電池管理。這個應用程序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，我們有兩個DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個充電器為12V和48V電池供電。

 

圖1:EV電機驅(qū)動器和BMS應用

 

所有列出的應用都要求在電路的相關(guān)點進行準確的電流測量，因此需要提供準確可靠的傳感器。對于圖1的示例，隔離電流測量點用綠色圓圈表示。非隔離的黑色圓圈表示電流測量值。

 

受到云/連接/5G/AI、工業(yè)4.0、電動汽車/電氣化、快速SiC和GaN設備等應用的推動，磁性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。效率是電源的一個主要問題。80+標準所預見的最高效率水平，要求所有額定負載部分（10、20、50和100%）的效率高于90%，在50%額定負載下，效率高達96%。寬禁帶半導體（WBG），如SiC和GaN，將有助于達到這些效率水平。WBG的典型特點是開關(guān)速度快50倍，電阻降低3-5倍，擊穿電壓更高，熱傳導性能提高3倍，占地面積更小。電源將變得更小，效率更高，控制更順暢，但同時將需要更高的帶寬、精度和更小尺寸的電流傳感器。

 

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：

 

額定電流和過電流要求、電流源（交流或直流）、電流方向（單向或雙向）；

 

溫度精度：數(shù)據(jù)表應說明總誤差和讀數(shù)百分比與滿量程的百分比；

 

支持功率級開關(guān)頻率所需的帶寬；

 

由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、設計簡單性/易用性。

 

大多數(shù)隔離電流傳感器不支持SiC和GaN等寬禁帶半導體的高開關(guān)速度，而那些支持它們的則需要高昂的成本。目前的趨勢是通過制造高帶寬、低相位延遲的磁性傳感器來克服有限的帶寬和低響應時間。這樣，可以獲得如下顯著的優(yōu)點：帶寬可覆蓋10倍的開關(guān)頻率，輸出階躍響應時間小于500ns，過溫精度高，動態(tài)范圍增大，高頻損耗減小，尺寸更小。

 

ACEINNA MCx1101

 

ACEINNA公司提供了一種基于AMR技術(shù)的新型電流傳感器系列，該系列傳感器在精度、帶寬和階躍響應方面具有業(yè)界領(lǐng)先的綜合性能，并采用了經(jīng)濟高效的單芯片外形。

 

高精度、寬帶寬的基于AMR的電流傳感器可用于廣泛的ADC和基于微處理器的電力系統(tǒng)和應用。MCx1101是完全集成，雙向電流傳感器，提供更高的直流精度和動態(tài)范圍比其他解決方案。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）的精度。這些新型電流傳感器采用工業(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傳感器還可保證±60毫安的偏移，或±0.3%的FSR（最大值），這意味著可以在大約10:1的電流范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度，從而顯著改善基于霍爾傳感器的領(lǐng)先設備的動態(tài)范圍。新系列設備提供了高精度、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電流傳感和高性能電源保護的理想選擇，逆變器和電機控制應用。MCx1101的快速響應和高帶寬也是快速開關(guān)SiC和GaN基功率級的理想選擇，使電力系統(tǒng)設計人員能夠利用寬帶隙器件實現(xiàn)的更高的速度和更小的元件。MCx1101還提供了集成過電流檢測標志，以幫助實現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)所需的過電流檢測。支持的電流范圍為±50、±20和±5A，設備提供固定增益（MCA1101）和比率增益（MCR1101）兩種版本。

 

 

推薦閱讀：