對(duì)于電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用來說，非常貼合上述觀點(diǎn)。一方面，以第三代半導(dǎo)體為代表的新工藝及新產(chǎn)品，以及更高性能且具有各種計(jì)算加速器的處理器，可顯著提升電源及馬達(dá)的功率和效率。另一方面，電源的SWAP-C還取決于系統(tǒng)的其他部件，否則系統(tǒng)也無法以最優(yōu)化效率運(yùn)行。

　　沒有反饋就沒有精確性，因此電流傳感器是實(shí)時(shí)監(jiān)控電源和電機(jī)系統(tǒng)性能，并增強(qiáng)先進(jìn)設(shè)計(jì)性能的簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的方法之一。

　　電流檢測(cè)的方式

　　基本上有兩種方法來執(zhí)行電流檢測(cè)，開環(huán)或閉環(huán)。開環(huán)電流傳感器直接測(cè)量交流和直流電流，并在被測(cè)電路和傳感器輸出之間提供電氣隔離。與閉環(huán)設(shè)計(jì)相比，開環(huán)電流傳感器的成本較低，因此通常用于相對(duì)便宜的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈兊墓β室蟮颓艺嫉孛娣e小。

　　而閉環(huán)傳感器通過反饋回路(例如，在零磁場(chǎng)下工作的反饋回路)測(cè)量電流，同時(shí)提供電氣隔離，這在許多電路中都很重要。閉環(huán)電流傳感器，有時(shí)也稱為“零通量”傳感器，可提供更高的精度、更快的響應(yīng)、高線性度和低溫漂，并避免核心發(fā)熱。當(dāng)整個(gè)溫度范圍內(nèi)小于 1% 的高精度對(duì)設(shè)計(jì)至關(guān)重要時(shí)，閉環(huán)傳感器通常是首選傳感器。

　　針對(duì)電流感應(yīng)，有多種技術(shù)，每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　一些流行的方法包括分流電阻器、電流互感器和基于磁場(chǎng)的霍爾傳感器等。最常見、最便宜和最簡(jiǎn)單的方法之一是使用分流電阻器，它采集與電流成正比的分流器上的電壓降。它們能夠測(cè)量 AC 和 DC，但寄生電感會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生負(fù)面影響。

電流感應(yīng)比較。 (來源: Aceinna 新納)

　　也可以使用電流互感器，但它們也是無源器件，非常高的初級(jí)電流或電流中的大量直流分量會(huì)使磁芯中使用的鐵氧體材料飽和，從而破壞信號(hào)。磁芯損耗還會(huì)在傳感器中產(chǎn)生熱量，從而降低性能?；阼F氧體磁芯的電流互感器具有磁滯效應(yīng)，除非退磁，否則會(huì)降低性能。

　　霍爾效應(yīng)傳感器通過垂直于傳感器的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓變化，監(jiān)測(cè)載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。然而，它通常需要信號(hào)調(diào)理以使輸出可用于大多數(shù)應(yīng)用。這使得系統(tǒng)不僅需要用于信號(hào)調(diào)節(jié)的器件，而且在使用非穩(wěn)壓電源運(yùn)行時(shí)也需要電壓調(diào)節(jié)的器件。

　　與其他電流傳感方法相比，各向異性磁阻 (AMR) 傳感器在工作溫度范圍內(nèi)提供了一種高性能解決方案。基于新納AMR 技術(shù)的隔離式電流傳感器提供單芯片解決方案，除去耦電容器外，不需要其他組件。

　　這樣一個(gè)完整的解決方案具有多重優(yōu)勢(shì)，比如相比分流電阻，可以實(shí)現(xiàn)隔離，相比電流互感器更小、更準(zhǔn)確，并且電流互感器只適用于交流電。而與使用其他霍爾效應(yīng)傳感器解決方案相比，AMR 技術(shù)提供更寬的帶寬(1.5MHz)，并具有更低的偏移和噪聲。

　　由于 AMR 技術(shù)可以響應(yīng)直流和交流雙向電流，與傳統(tǒng)解決方案相比，具有更好的精度、更高的帶寬和更低的相移，因此它還提供了快速的輸出階躍響應(yīng)。基于 AMR 的電流傳感器是一種精確而緊湊的解決方案，用于保護(hù)和控制電力系統(tǒng)的關(guān)鍵測(cè)量。

　　反饋精度非常重要

　　準(zhǔn)確和精確的電流監(jiān)測(cè)是電源和電機(jī)測(cè)量的關(guān)鍵。如上所述，與傳統(tǒng)和現(xiàn)有解決方案相比，新納基于 AMR 的隔離式雙向電流傳感器可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%，在 85°C 時(shí)為±2.0%(最大值)的精度。該系列產(chǎn)品包括±5A、±20A 和 ±50A 等不同產(chǎn)品，采用 SOIC-16 封裝，具有低阻抗(±50 A 時(shí)為 0.9 mΩ)電流路徑，通過 UL/IEC/EN認(rèn)證，可用于隔離應(yīng)用。

　　這種先進(jìn)的電流傳感器可以保證在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的偏移為±60 mA，或 FSR(最大值)的 ±0.3%，因此可以在大約 10:1 的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度，從而顯著改善動(dòng)態(tài)范圍。特性包括 1.5MHz 信號(hào)帶寬、低相位延遲與頻率、300ns的快速輸出階躍響應(yīng)和4.8kV隔離，使其成為快速電流控制回路中電流檢測(cè)的理想選擇和高性能電源、逆變器和電機(jī)控制應(yīng)用的保護(hù)。

新納電流傳感器使用兩個(gè) AMR 傳感器，并利用U形彎抵消電磁干擾

　　高帶寬更適合寬禁帶半導(dǎo)體

　　同步和調(diào)節(jié)是高級(jí)電力系統(tǒng)中需要考慮的重要因素，因?yàn)楣β室驍?shù)校正 (PFC) 級(jí)也是面向時(shí)間的系統(tǒng)。必須對(duì)電路的輸出紋波進(jìn)行濾波以避免電流失真，并且環(huán)路頻率與系統(tǒng)帶寬有關(guān)。

　　PFC 級(jí)是從輸入電壓提供功率的系統(tǒng)，由控制信號(hào)管理，因此即使系統(tǒng)控制環(huán)路帶寬較低，也會(huì)在每個(gè)電源開關(guān)周期期間測(cè)量電流，以逐周期地測(cè)量電流。在理想條件下，開關(guān)頻率應(yīng)該是高倍數(shù)才能獲得平坦的增益響應(yīng)，并且開關(guān)頻率的相位裕度應(yīng)該低。盡管低頻可以工作，但在開關(guān)頻率的增益和相位延遲上會(huì)有一些折衷。

　　整體控制環(huán)路帶寬可能遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率，但電流測(cè)量應(yīng)與開關(guān)頻率一致，以進(jìn)行逐周期控制。大多數(shù)圖騰柱 PFC 的切換頻率約為 65 kHz 至 150 kHz，這將需要理想的 650 kHz(至少>300 kHz)至 1.5 MHz 的帶寬。在某些情況下，在預(yù)先設(shè)計(jì)的情況下，開關(guān)頻率被推至 300 kHz，那么則需要約 3 MHz 的帶寬(至少 1.5 MHz 的帶寬)。

　　高達(dá) 1,000 A 的大電流的功率轉(zhuǎn)換通常會(huì)在低于 1 kHz 到 20 kHz 的水平上切換，通常使用 IGBT 和硅 MOSFET。而使用寬帶碳化硅 (SiC)/氮化鎵 (GaN) 功率開關(guān)切換高達(dá) 40-50 kHz 左右，SiC/GaN 功率級(jí)的進(jìn)一步發(fā)展最終可能會(huì)將這種高電流切換提高到 100 kHz，需要帶寬從 500 kHz 到 1 MHz。

　　因此，包括需要最高效率和可靠性的下一代高效電源、工業(yè)系統(tǒng)(工業(yè) 4.0);電動(dòng)汽車面臨著增加續(xù)駛里程的巨大壓力，以及各種綠色能源以提高電網(wǎng)效用。新納的 AMR 電流傳感器的高帶寬支持，可適合碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等功率器件，為關(guān)鍵應(yīng)用提供強(qiáng)大支持。

　　總結(jié)

　　開發(fā)和部署最佳電源和運(yùn)動(dòng)控制自動(dòng)化解決方案的任務(wù)可能令人生畏，除非各方面都考慮到位，否則系統(tǒng)的性能和成本很難同時(shí)達(dá)到最優(yōu)解。而通過新納的AMR電流傳感器，等一系列適當(dāng)?shù)慕M件、器件和方法，實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，更好的解決電源功率密度、性能及熱管理等綜合優(yōu)勢(shì)。