電磁電流傳感器進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換的應(yīng)用案例

轉(zhuǎn)換和電源管理應(yīng)用越來越需要具有可靠性，耐用性和準(zhǔn)確性的電流傳感器。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。必須仔細(xì)選擇用于監(jiān)視負(fù)載吸收的功率以及控制和保護(hù)電源所必需的電流傳感器，并在霍爾效應(yīng)傳感器，變壓器，分流電阻器或AMR中不時(shí)為特定應(yīng)用選擇最合適的解決方案傳感器。根據(jù)電絕緣的類型，電流傳感器可以分為兩類：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(yīng)用，通常低于50 VAC或120 VDC。在更高的電壓和功率的情況下，或者在浮動(dòng)測量的情況下，有必要使用隔離式傳感器。第一類型的隔離傳感器可以使用分流電阻器和光學(xué)或電容性絕緣體制成。另一種解決方案是使用磁電流傳感器。第一個(gè)組件除了并聯(lián)電阻外還需要一定數(shù)量的外部組件，第二個(gè)組件是單芯片解決方案，僅需要集成的磁性IC。
磁電流傳感器
電磁電流傳感器可用于需要進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換的任何應(yīng)用，包括以下應(yīng)用：
用于數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器和電信的電源。第一級(jí)將單相或三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電壓，通常包括一個(gè)PFC電路以實(shí)現(xiàn)更高的效率。以下階段由一個(gè)或多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器表示，這些轉(zhuǎn)換器生成負(fù)載所需的電壓（對(duì)于單個(gè)CPU，該電壓為48V，12V，并且低至1V）；
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和逆變器。在這里，第一階段是帶有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)換器之后是一個(gè)電池充電器和一個(gè)電池組，直至一個(gè)DC-AC逆變器。
EV電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電池管理。圖1顯示了此應(yīng)用程序涉及的不同階段。在這種情況下，作為進(jìn)一步的輸出階段，我們有兩個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)充電器，用于為12V和48V電池供電。

圖1：EV電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和BMS應(yīng)用程序
所有列出的應(yīng)用都需要在電路的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的電流測量，因此需要精確可靠的傳感器。對(duì)于圖1的示例，隔離的電流測量點(diǎn)用綠色圓圈表示。黑色圓圈表示非隔離的電流測量值。
在諸如云/連接/ 5G / AI，工業(yè)4.0，電動(dòng)汽車/電氣化，快速SiC和GaN器件等應(yīng)用的推動(dòng)下，磁電流傳感器市場預(yù)計(jì)將從2019年的1.3B美元增長到2024年的2.0B。效率是電源的主要關(guān)注點(diǎn)。80 Plus標(biāo)準(zhǔn)所預(yù)期的最高效率水平，即80 Plus Titanium，要求所有額定負(fù)載部分（10％，20％，50％和100％）的效率都高于90％，而在額定負(fù)載的50％時(shí)要求效率高達(dá)96％ 。SiC和GaN等寬帶隙半導(dǎo)體（WBG）將有助于實(shí)現(xiàn)這些效率水平。WBG通常具有約50倍的快速開關(guān)速度，3-5倍的較低電阻和更高的擊穿電壓，3倍更好的熱傳導(dǎo)性以及更小的占位面積。電源將變得更小，效率更高，控制更平穩(wěn)，但同時(shí)需要更高的帶寬，精度，
傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)
選擇電流傳感器時(shí)，必須評(píng)估一些標(biāo)準(zhǔn)（或關(guān)鍵規(guī)格）。其中包括：
標(biāo)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）；
在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的精度：數(shù)據(jù)表應(yīng)顯示總誤差以及讀數(shù)的百分比與滿量程的百分比；
支持功率級(jí)開關(guān)頻率所需的帶寬；
由di / dt測量給出的輸出階躍響應(yīng)給出了測量系統(tǒng)需要多快的想法。
溫度范圍;
隔離類型；
解決方案的規(guī)模和成本；
其他，包括所需的電源，輸出類型，功能（例如，過電流檢測），di / dt和dv / dt承受能力，UL / IEC認(rèn)證，設(shè)計(jì)簡單/易于使用。
大多數(shù)隔離式電流傳感器不支持SiC和GaN等寬帶隙半導(dǎo)體所具有的典型高開關(guān)速度，而支持它們的傳感器則成本很高。當(dāng)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(yīng)時(shí)間。這樣，可以獲得顯著的優(yōu)勢，例如：帶寬可覆蓋高達(dá)10倍的開關(guān)頻率，輸出階躍響應(yīng)時(shí)間小于500ns，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有更高的精度，更大的動(dòng)態(tài)范圍，減少了更高頻率下的損耗和更小的尺寸。
愛思娜MCx1101
ACEINNA Inc.提供了一種基于AMR技術(shù)的電流傳感器新系列，以具有成本效益的單芯片形式實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的精度，帶寬和階躍響應(yīng)性能。
高精度，寬帶，基于AMR的電流傳感器可用于各種ADC和基于微處理器的電源系統(tǒng)和應(yīng)用。MCx1101是完全集成的雙向電流傳感器，與替代解決方案相比，它們提供更高的直流精度和動(dòng)態(tài)范圍。例如，±20A版本的典型精度為±0.6％，并保證在85°C時(shí)達(dá)到±2.0％（最大值）的精度。這些新型電流傳感器采用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SOIC-16封裝（見圖2），具有低阻抗（0.9毫歐）電流路徑，并通過了UL / IEC / EN認(rèn)證，可用于隔離應(yīng)用。

圖2：基于AMR的電流傳感器
MCx1101傳感器還保證在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有±60mA的偏移量，或FSR（最大值）的±0.3％，這意味著在大約10：1的電流范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度，相對(duì)于引線，動(dòng)態(tài)范圍得到了顯著改善?；诨魻杺鞲衅鞯脑O(shè)備。新系列器件將高精度，1.5MHz信號(hào)帶寬與行業(yè)基準(zhǔn)相移與頻率，快速輸出階躍響應(yīng)和4.8kV隔離性能完美結(jié)合，使其非常適合快速電流控制環(huán)路中的電流感測和高性能電源保護(hù)耗材，逆變器和電機(jī)控制應(yīng)用。MCx1101的快速響應(yīng)和高帶寬也是快速切換基于SiC和GaN的功率級(jí)的理想選擇，使電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠利用寬帶隙器件實(shí)現(xiàn)的更高速度和更小的組件。MCx1101還提供了集成的過電流檢測標(biāo)志，以幫助實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)中所需的過電流檢測。支持的電流范圍為±50，±20和±5A，并且器件提供固定增益（MCA1101）和比例增益（MCR1101）版本。