電磁電流傳感器進行電源轉(zhuǎn)換的應用案例

轉(zhuǎn)換和電源管理應用越來越需要具有可靠性，耐用性和準確性的電流傳感器。下一代電子設備將面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)，這將影響電源管理性能和效率。必須仔細選擇用于監(jiān)視負載吸收的功率以及控制和保護電源所必需的電流傳感器，并在霍爾效應傳感器，變壓器，分流電阻器或AMR中不時為特定應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行電源轉(zhuǎn)換的任何應用，包括以下應用：
用于數(shù)據(jù)中心，服務器和電信的電源。第一級將單相或三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電壓，通常包括一個PFC電路以實現(xiàn)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)換器生成負載所需的電壓（對于單個CPU，該電壓為48V，12V，并且低至1V）；
電機驅(qū)動器和逆變器。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)換器之后是一個電池充電器和一個電池組，直至一個DC-AC逆變器。
EV電動機驅(qū)動和電池管理。圖1顯示了此應用程序涉及的不同階段。在這種情況下，作為進一步的輸出階段，我們有兩個DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個充電器，用于為12V和48V電池供電。

圖1：EV電動機驅(qū)動器和BMS應用程序
所有列出的應用都需要在電路的相關(guān)點進行準確的電流測量，因此需要精確可靠的傳感器。對于圖1的示例，隔離的電流測量點用綠色圓圈表示。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，電動汽車/電氣化，快速SiC和GaN器件等應用的推動下，磁電流傳感器市場預計將從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。80 Plus標準所預期的最高效率水平，即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％，而在額定負載的50％時要求效率高達96％ 。SiC和GaN等寬帶隙半導體（WBG）將有助于實現(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)，但同時需要更高的帶寬，精度，
傳感器選擇標準
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：
標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）；
在整個溫度范圍內(nèi)的精度：數(shù)據(jù)表應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認證，設計簡單/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時間。這樣，可以獲得顯著的優(yōu)勢，例如：帶寬可覆蓋高達10倍的開關(guān)頻率，輸出階躍響應時間小于500ns，在整個溫度范圍內(nèi)具有更高的精度，更大的動態(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現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的精度，帶寬和階躍響應性能。
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態(tài)范圍。例如，±20A版本的典型精度為±0.6％，并保證在85°C時達到±2.0％（最大值）的精度。這些新型電流傳感器采用符合行業(yè)標準的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認證，可用于隔離應用。

圖2：基于AMR的電流傳感器
MCx1101傳感器還保證在整個溫度范圍內(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)可以實現(xiàn)高精度，相對于引線，動態(tài)范圍得到了顯著改善?；诨魻杺鞲衅鞯脑O備。新系列器件將高精度，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耗材，逆變器和電機控制應用。MCx1101的快速響應和高帶寬也是快速切換基于SiC和GaN的功率級的理想選擇，使電源系統(tǒng)設計人員能夠利用寬帶隙器件實現(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志，以幫助實現(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。