嵌入式電子開(kāi)發(fā)社區(qū)目前正在經(jīng)歷我們行業(yè)自集成電路創(chuàng)建以來(lái)的最大變化。從人工智能等新的面向軟件的解決方案到新的硬件拓?fù)湓俚叫碌?a target="_blank">半導(dǎo)體材料，我們正處于一個(gè)需求增長(zhǎng)的顛覆性時(shí)期。

其中許多進(jìn)步與用戶(hù)功能有關(guān)，例如依賴(lài)下一代射頻技術(shù)的基于云的物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 解決方案。其他快速興起的電流感應(yīng)應(yīng)用包括電動(dòng)汽車(chē) （EV） 及其先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和自動(dòng)駕駛需求，以及基于碳化硅 （SiC） 和/或氮化鎵 （GaN） 的寬帶隙電源開(kāi)關(guān)） 半導(dǎo)體。這些領(lǐng)域的一些最重要的進(jìn)步是在性能和效率方面，使下一代電子解決方案能夠應(yīng)對(duì)用戶(hù)和市場(chǎng)的挑戰(zhàn)和需求。

個(gè)人電子產(chǎn)品的最新趨勢(shì)給嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了很大壓力。對(duì)于消費(fèi)和醫(yī)療可穿戴設(shè)備、先進(jìn)的個(gè)人電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)，體積越小、功能越多、壽命越長(zhǎng)越好。同樣，工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用也在突破界限，以實(shí)現(xiàn)更小、更高效、更可靠和更強(qiáng)大的解決方案。所有這些方面的重大改進(jìn)包括減少零件數(shù)量、簡(jiǎn)化電路和提高操作效率。

電流傳感技術(shù)是創(chuàng)建小型精密控制和保護(hù)電子電路的關(guān)鍵，這些電子電路需要讓未來(lái)的設(shè)備高效且經(jīng)濟(jì)地服務(wù)于應(yīng)用。沒(méi)有反饋就沒(méi)有精度，而電流感應(yīng)可以提供嵌入式智能系統(tǒng)自我管理所需的關(guān)鍵性能信息。電流感應(yīng)解決方案的尺寸、精度和速度將直接影響所有這些方面。

AMR 電流感應(yīng)

基于 ACEINNA 各向異性磁阻 （AMR） 技術(shù)的隔離式電流傳感器是一種單芯片解決方案，除去耦電容器外，不需要其他組件。與其他電流傳感方法相比，AMR 傳感器提供了一種緊湊且高性能的解決方案。例如，使用分流電阻器的問(wèn)題在于它本質(zhì)上不是隔離的。電流互感器比基于 AMR 的電流傳感器體積更大，并且僅適用于交流電。與使用霍爾效應(yīng)傳感器相比，AMR 技術(shù)提供 1.5 MHz 的帶寬，并且具有更低的偏移和噪聲。

AMR 技術(shù)提供比分流寄存器或變壓器更好的性能，可以響應(yīng)直流和交流雙向電流，帶寬為 1.5 MHz，與基于霍爾效應(yīng)的解決方案相比，偏移和噪聲更低。基于 AMR 的電流傳感器提供更高的精度、更高的帶寬和更低的相移以及非常快的輸出階躍響應(yīng)，是一種精確且緊湊的解決方案，用于保護(hù)和控制電力系統(tǒng)的非常關(guān)鍵的測(cè)量。

在傳感器內(nèi)，電流流過(guò)引線框架中的 U 形彎頭，并在此處產(chǎn)生由器件中的兩個(gè)電流傳感器測(cè)量的正向或反向場(chǎng)。通過(guò)從兩個(gè)電流方向測(cè)量磁場(chǎng)，該設(shè)備可以消除可能存在的外部磁場(chǎng)和磁場(chǎng)異常。這允許水平感應(yīng) AMR 芯片忽略電路板上其他附近組件產(chǎn)生的外部場(chǎng)。

電動(dòng)汽車(chē)

現(xiàn)在，電動(dòng)汽車(chē)受到了極大的關(guān)注。大部分重點(diǎn)是提高動(dòng)力總成、電機(jī)和車(chē)載/非車(chē)載充電系統(tǒng)的效率以及電池組的性能，因?yàn)樗鼈兌寂c車(chē)輛續(xù)航里程和充電效率直接相關(guān)。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中正確應(yīng)用電流感應(yīng)技術(shù)可以帶來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)。

由于電機(jī)是消耗電力的地方，因此任何改進(jìn)都將在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生級(jí)聯(lián)好處，從增加電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程到減少熱管理需求。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，開(kāi)關(guān)頻率和控制機(jī)制至關(guān)重要。

有效的電機(jī)控制需要準(zhǔn)確的性能測(cè)量，為此，您需要有效的電流傳感器。對(duì)于預(yù)測(cè)性維護(hù)的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，快速電流傳感器有助于測(cè)量和監(jiān)測(cè)電機(jī)紋波電流，以確定使用壽命和性能參數(shù)。在保護(hù)方面，電流傳感器通過(guò)提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制、精度和可靠性來(lái)幫助支持安全。

許多電動(dòng)汽車(chē)電力電子設(shè)備和充電系統(tǒng)正在遷移到先進(jìn)的寬帶隙半導(dǎo)體，如 SiC 和 GaN，因?yàn)樘峁┑暮锰幇ǜ叩男屎驮黾娱_(kāi)關(guān)頻率的能力。更快開(kāi)關(guān)的一個(gè)顯著好處是能夠縮小電路中無(wú)源元件和磁性元件的尺寸，從而帶來(lái)直接的尺寸和重量?jī)?yōu)勢(shì)。

然而，當(dāng)電路開(kāi)關(guān)速度更快時(shí)，測(cè)量性能參數(shù)的能力必須能夠跟上，要求來(lái)自快速準(zhǔn)確的電流傳感器的實(shí)時(shí)信息。實(shí)時(shí)監(jiān)控電路可實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能，如電源開(kāi)關(guān)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率的動(dòng)態(tài)控制，以及可靠和快速的故障檢測(cè)。

在電動(dòng)火車(chē)、工業(yè)機(jī)器、牽引和機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域，我們開(kāi)始看到使用磁阻電機(jī)，這是一種通過(guò)磁阻產(chǎn)生扭矩的無(wú)繞組設(shè)計(jì)。磁阻電機(jī)提供同步、可變、開(kāi)關(guān)和可變步進(jìn)配置，能夠以低成本提供高功率密度。

磁阻電機(jī)的問(wèn)題包括低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和由此產(chǎn)生的噪音。此外，由于涉及極高的溫度，磁阻電機(jī)通常配備單獨(dú)的線束和控制系統(tǒng)。使用寬帶隙 SiC 半導(dǎo)體和高帶寬 AMR 傳感器的高級(jí)解決方案可以吸收更多熱量，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的尺寸、重量和復(fù)雜性，從而提供級(jí)聯(lián)優(yōu)勢(shì)。

由于轉(zhuǎn)子中沒(méi)有銅線圈，磁阻電機(jī)可以比同類(lèi)電動(dòng)機(jī)更輕。但是，所需的控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，因?yàn)槿绻痪_控制與轉(zhuǎn)矩有關(guān)的電流，就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲問(wèn)題。先進(jìn)的快速電流檢測(cè)改進(jìn)了紋波電流的控制，從而提供了更低的噪聲和更可靠的解決方案。

再次啟動(dòng)保護(hù)端很重要，因?yàn)樵诖蠊β氏到y(tǒng)中，您可能希望在 1.5 μs 內(nèi)關(guān)閉整個(gè)功率級(jí)。如果您查看關(guān)閉時(shí)間預(yù)算，您的階躍響應(yīng)需要小于 500 ns，隨著我們遷移到更高功率和頻率級(jí)別，這將變得更加嚴(yán)格。

功率因數(shù)校正

用于降低感性負(fù)載中的滯后功率因數(shù)，功率因數(shù)校正 （PFC）可補(bǔ)償電壓和電流之間的相位差，因?yàn)楫?dāng)功率因數(shù)下降時(shí)，系統(tǒng)效率會(huì)降低。

要以 0.2 的功率因數(shù)獲得 1 kW 的有功功率，需要傳輸 5 kVA 的視在功率（1 kW ÷ 0.2 = 5 kVA）。這顯然會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)、冰箱和 HVAC 系統(tǒng)、逆變器、不間斷電源 （UPS） 和類(lèi)似應(yīng)用空間等感應(yīng)負(fù)載的性能。

寬帶隙 SiC 和 GaN 功率開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間、快速反向恢復(fù)和更低的導(dǎo)通電阻允許有效利用圖騰柱架構(gòu)來(lái)提高 PFC 的效率并減少使用的組件數(shù)量。這些優(yōu)勢(shì)有助于電力系統(tǒng)獲得更高效率的 80+ 金牌和鈦金認(rèn)證。

例如，當(dāng)涉及到圖騰柱中 PFC 中的紋波電流時(shí)，要逐周期測(cè)量電流以計(jì)算脈寬調(diào)制 （PWM） 占空比，您需要具有高帶寬才能匹配電路的開(kāi)關(guān)頻率。假設(shè)您的 PFC 開(kāi)關(guān)頻率被推至 65、140、200 甚至 300 kHz，理想情況下，您希望電流傳感器的開(kāi)關(guān)頻率帶寬是 10 倍。

智能制造

談到智能制造和智能工廠，它實(shí)際上是關(guān)于自動(dòng)化和數(shù)據(jù)交換。在受電設(shè)備連接到智能基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，您還需要進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。電力監(jiān)控和管理對(duì)于智能裝配過(guò)程的最佳運(yùn)行至關(guān)重要，所有內(nèi)容都可以實(shí)時(shí)測(cè)量。

自動(dòng)化系統(tǒng)中有多個(gè)位置可以部署 AMR 電流傳感器，以利用其精度、帶寬和階躍響應(yīng)。如果您有一個(gè)高精度的傳感器，那么您可以?xún)?yōu)化您的流程并提高效率和生產(chǎn)力。

通過(guò)使用 AMR 電流感應(yīng)來(lái)確定處理器的使用量，可以進(jìn)一步利用這種性能優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于涉及人工智能、云和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用程序。AMR 電流傳感器還可以使用功率跟蹤來(lái)進(jìn)行性能監(jiān)控、優(yōu)化處理器負(fù)載和熱管理。

展望未來(lái)

無(wú)論是先進(jìn)的電動(dòng)汽車(chē)、整個(gè)智能工廠、UPS、逆變器還是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，高效且具有成本效益的電源管理都是實(shí)現(xiàn)最佳性能的關(guān)鍵。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)或?yàn)?5G 電信供電的應(yīng)用中，您希望運(yùn)行得更快、更有效。先進(jìn)的電流感應(yīng)可在更高的頻率和溫度下實(shí)現(xiàn)更高水平的控制、更高的效率。

下一代嵌入式設(shè)備必須能夠以最有效和最具成本效益的方式服務(wù)于最新的應(yīng)用程序空間。使用基于 AMR 的電流感應(yīng)解決方案來(lái)確保電子設(shè)備處于最佳狀態(tài)，這將為整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)級(jí)聯(lián)收益

沒(méi)有反饋就沒(méi)有精度。精確的快速電流反饋可在先進(jìn)的供電電路中實(shí)現(xiàn)最高水平的高效和安全操作。

審核編輯：郭婷