电磁电流传感器进行电源转换的应用案例

转换和电源管理应用越来越需要具有可靠性，耐用性和准确性的电流传感器。下一代电子设备将面临重大技术挑战，这将影响电源管理性能和效率。必须仔细选择用于监视负载吸收的功率以及控制和保护电源所必需的电流传感器，并在霍尔效应传感器，变压器，分流电阻器或AMR中不时为特定应用选择最合适的解决方案传感器。根据电绝缘的类型，电流传感器可以分为两类：隔离传感器和非隔离传感器。非隔离传感器适用于低电压水平的应用，通常低于50 VAC或120 VDC。在更高的电压和功率的情况下，或者在浮动测量的情况下，有必要使用隔离式传感器。第一类型的隔离传感器可以使用分流电阻器和光学或电容性绝缘体制成。另一种解决方案是使用磁电流传感器。第一个组件除了并联电阻外还需要一定数量的外部组件，第二个组件是单芯片解决方案，仅需要集成的磁性IC。

磁电流传感器

电磁电流传感器可用于需要进行电源转换的任何应用，包括以下应用：

用于数据中心，服务器和电信的电源。第一级将单相或三相交流电源转换为直流电压，通常包括一个PFC电路以实现更高的效率。以下阶段由一个或多个DC-DC转换器表示，这些转换器生成负载所需的电压（对于单个CPU，该电压为48V，12V，并且低至1V）；

电机驱动器和逆变器。在这里，第一阶段是带有PFC的AC-DC转换器，然后是三相DC-AC逆变器。

不间断电源（UPS）。带有PFC的AC-DC转换器之后是一个电池充电器和一个电池组，直至一个DC-AC逆变器。

EV电动机驱动和电池管理。图1显示了此应用程序涉及的不同阶段。在这种情况下，作为进一步的输出阶段，我们有两个DC-DC转换器和一个充电器，用于为12V和48V电池供电。

图1：EV电动机驱动器和BMS应用程序

所有列出的应用都需要在电路的相关点进行准确的电流测量，因此需要精确可靠的传感器。对于图1的示例，隔离的电流测量点用绿色圆圈表示。黑色圆圈表示非隔离的电流测量值。

在诸如云/连接/ 5G / AI，工业4.0，电动汽车/电气化，快速SiC和GaN器件等应用的推动下，磁电流传感器市场预计将从2019年的1.3B美元增长到2024年的2.0B。效率是电源的主要关注点。80 Plus标准所预期的最高效率水平，即80 Plus Titanium，要求所有额定负载部分（10％，20％，50％和100％）的效率都高于90％，而在额定负载的50％时要求效率高达96％ 。SiC和GaN等宽带隙半导体（WBG）将有助于实现这些效率水平。WBG通常具有约50倍的快速开关速度，3-5倍的较低电阻和更高的击穿电压，3倍更好的热传导性以及更小的占位面积。电源将变得更小，效率更高，控制更平稳，但同时需要更高的带宽，精度，

传感器选择标准

选择电流传感器时，必须评估一些标准（或关键规格）。其中包括：

标称电流和过电流要求，电流源（交流或直流），电流方向（单向或双向）；

在整个温度范围内的精度：数据表应显示总误差以及读数的百分比与满量程的百分比；

支持功率级开关频率所需的带宽；

由di / dt测量给出的输出阶跃响应给出了测量系统需要多快的想法。

温度范围;

隔离类型；

解决方案的规模和成本；

电气和机械接口；

其他，包括所需的电源，输出类型，功能（例如，过电流检测），di / dt和dv / dt承受能力，UL / IEC认证，设计简单/易于使用。

大多数隔离式电流传感器不支持SiC和GaN等宽带隙半导体所具有的典型高开关速度，而支持它们的传感器则成本很高。当前的趋势是通过创建具有高带宽和低相位延迟的磁传感器来克服有限的带宽和低响应时间。这样，可以获得显着的优势，例如：带宽可覆盖高达10倍的开关频率，输出阶跃响应时间小于500ns，在整个温度范围内具有更高的精度，更大的动态范围，减少了更高频率下的损耗和更小的尺寸。

爱思娜MCx1101

ACEINNA Inc.提供了一种基于AMR技术的电流传感器新系列，以具有成本效益的单芯片形式实现了业界领先的精度，带宽和阶跃响应性能。

高精度，宽带，基于AMR的电流传感器可用于各种ADC和基于微处理器的电源系统和应用。MCx1101是完全集成的双向电流传感器，与替代解决方案相比，它们提供更高的直流精度和动态范围。例如，±20A版本的典型精度为±0.6％，并保证在85°C时达到±2.0％（最大值）的精度。这些新型电流传感器采用符合行业标准的SOIC-16封装（见图2），具有低阻抗（0.9毫欧）电流路径，并通过了UL / IEC / EN认证，可用于隔离应用。

图2：基于AMR的电流传感器

MCx1101传感器还保证在整个温度范围内具有±60mA的偏移量，或FSR（最大值）的±0.3％，这意味着在大约10：1的电流范围内可以实现高精度，相对于引线，动态范围得到了显着改善。基于霍尔传感器的设备。新系列器件将高精度，1.5MHz信号带宽与行业基准相移与频率，快速输出阶跃响应和4.8kV隔离性能完美结合，使其非常适合快速电流控制环路中的电流感测和高性能电源保护耗材，逆变器和电机控制应用。MCx1101的快速响应和高带宽也是快速切换基于SiC和GaN的功率级的理想选择，使电源系统设计人员能够利用宽带隙器件实现的更高速度和更小的组件。MCx1101还提供了集成的过电流检测标志，以帮助实现现代电力系统中所需的过电流检测。支持的电流范围为±50，±20和±5A，并且器件提供固定增益（MCA1101）和比例增益（MCR1101）版本。

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