集成電流傳感器的演變走上數(shù)字化道路！

如何在市場中領(lǐng)先，并確定用戶的需求是一個需要解決的難題，獲取這些信息并開發(fā)滿足這些需求的產(chǎn)品需要一種自上而下與自下而上的方法，其中市場趨勢預(yù)測與基于客戶的調(diào)查并行進(jìn)行。客戶通常清楚他們希望從集成電流傳感器(ICS)中獲得什么，他們的反饋在推動這一演變過程中至關(guān)重要。

客戶的意見幫助確定了在選擇電流傳感器時應(yīng)關(guān)注的四個關(guān)鍵要素：

· 溫度下的性能——這與偏移和靈敏度漂移相關(guān)，是最重要的特性。

· 集成解決方案能處理多少電流。小型電流傳感器的集成主電流限制了其支持的電流量——持續(xù)30安培或50安培，通過推動這些限制來實現(xiàn)技術(shù)突破。

· 過流檢測——設(shè)定保護(hù)閾值，并持續(xù)監(jiān)控過流情況。

· 絕緣(根據(jù)系統(tǒng)電壓選擇基本或增強(qiáng)型)可能是選擇傳感器的關(guān)鍵因素。

閉環(huán)與開環(huán)

近年來，用戶受益于閉環(huán)霍爾效應(yīng)技術(shù)——LEM設(shè)計了一種特殊的閉環(huán)應(yīng)用特定集成電路(ASIC)，然后是開環(huán)技術(shù)，這提供了一種成本更低的解決方案。這項技術(shù)促成了HLSR系列電流傳感器的發(fā)展，這是一種緊湊型、低成本的PCB安裝解決方案，推動了小型化的新發(fā)展。

在這一演變路徑上，接下來是HMSR，這是一款高絕緣的ICS，旨在滿足市場對降低成本、提高性能和小型化的持續(xù)需求。這一新系列擴(kuò)展了用于AC和DC隔離電流測量的微型電流傳感器，廣泛應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)市場的高要求開關(guān)電源應(yīng)用?；谖⒑诵牡拈_環(huán)傳感器具備增強(qiáng)絕緣和過流檢測，HMSR單元配備低電阻主導(dǎo)體(以最小化功率損耗)、微型鐵氧體和專有ASIC，實現(xiàn)了直接電流測量和一致的絕緣性能。這些特性使HMSR非常適合需要高精度和顯著抗外部干擾能力的高壓應(yīng)用。微磁核心使得該設(shè)備在電力電子應(yīng)用中尤其有用，因為這些應(yīng)用通常經(jīng)歷高水平的干擾。

正因如此，電力電子工程師多年來一直成功使用模擬HMSR傳感器測量DC和AC電流。他們特別享受這種緊湊型電流傳感器的優(yōu)勢，具有對雜散電場的強(qiáng)大免疫力、增強(qiáng)絕緣和300kHz帶寬。

在集成電流傳感器的持續(xù)演變中，最新的解決方案是HMSR DA，這是市場上首款在測量低電流時提供Sigma Delta比特流輸出的ICS，同時還能實現(xiàn)高分辨率。使用數(shù)字信號意味著在傳感器輸出(也稱響應(yīng)時間)上引入了固定延遲，同時顯著減少了來自模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的量化噪聲，數(shù)字濾波器通過噪聲整形確保了Sigma Delta調(diào)制器(SDM)的更好分辨率。通過將調(diào)制器與數(shù)字濾波器結(jié)合，創(chuàng)建一個ADC是簡單的。這種架構(gòu)的優(yōu)勢包括減少連接數(shù)量，用戶能夠定義自己的系統(tǒng)性能水平，并能制作兩個或多個具有不同性能的轉(zhuǎn)換器。這種架構(gòu)特別適合廉價的CMOS工藝。

數(shù)字電流傳感器的另一個特征是穩(wěn)定時間，也稱為響應(yīng)時間或延遲。以10MHz時鐘和128倍過采樣率(OSR)，SDM的穩(wěn)定時間大約為38.4微秒。使用Sigma Delta輸出比特流的另一個好處是提供的靈活性，意味著可以根據(jù)應(yīng)用的具體需求在客戶端應(yīng)用不同的數(shù)字低通濾波器。用戶可以選擇使用高階慢濾波器以獲得高分辨率結(jié)果，或使用低階快速信號以獲得更快速但分辨率較低的結(jié)果。

典型的ICS應(yīng)用

市場對提供數(shù)字輸出的ICS反應(yīng)良好，因為它同時提供了優(yōu)越的信號形狀和較低的噪聲水平，同時降低成本和占用更小的機(jī)械空間。這種ICS的典型應(yīng)用包括機(jī)器人、伺服驅(qū)動、縫紉機(jī)、CNC機(jī)床、焊接設(shè)備和自動引導(dǎo)車(AGV)。

最近，汽車行業(yè)開始對這些傳感器表現(xiàn)出興趣。研發(fā)機(jī)構(gòu)和專家制造商對數(shù)字解決方案能抵御外部噪聲(包括電噪聲和磁噪聲)這一事實感到興奮，因為這些噪聲在使用模擬信號時常常造成重大困難。

在數(shù)字ICS路線圖上

HMSR DA傳感器被視為LEM數(shù)字ICS路線圖的第一步，它在市場上是首款此類產(chǎn)品，提供11到13位的分辨率和10MHz的時鐘。

最終目標(biāo)是使集成電流傳感器的電流水平接近傳統(tǒng)傳感器。目前，HMSR DA能夠在125°C下持續(xù)支持30 Arms和75安培峰值，但后續(xù)的代際產(chǎn)品將致力于支持100安培的持續(xù)輸出，同時保持極其緊湊和PCB安裝。未來版本還將旨在消除對磁微核心的需求，這將改善頻率響應(yīng)并消除潛在的磁干擾。

HMSR DA特別適合于容易受到噪聲、失真和干擾的應(yīng)用，通過使客戶能在材料清單(BoM)上節(jié)省成本，達(dá)成真正的節(jié)約。它通過在一個單元中替代一個復(fù)雜和昂貴的傳統(tǒng)系統(tǒng)來實現(xiàn)這一點，該系統(tǒng)通常包括分流電阻、數(shù)字隔離器以及帶有二極管和電容的低/高電源電路。分流電阻并不是最佳解決方案，因為在處理高電流時存在熱噪聲問題。另一個問題是需要占用空間來容納這些獨(dú)立設(shè)備，而HMSR DA只需一個芯片便可以完成這三種元素的功能，并直接將輸出提供給客戶。新傳感器還為客戶提供了那些獨(dú)立單元所沒有的功能，例如ASIC和分流電阻無法提供的過流檢測。

制定系統(tǒng)設(shè)計

此外，提供不同的輸出模式——包括帶有比特流和時鐘的單輸出模式，以及差分輸出，消除了購買輸出驅(qū)動器以將單模轉(zhuǎn)換為差分模的需求?；?a href="http://wenjunhu.com/tags/rs/" target="_blank">RS-422數(shù)據(jù)和LVDS(低壓差分信號)接收器的解決方案將提供輸出和反向輸出，以及時鐘和反向時鐘，這在處理差分信號時至關(guān)重要，因為它使得在低功耗和高速操作時消除所有噪聲成為可能。借助新數(shù)字傳感器，所有這些功能均被納入一個單元中。

預(yù)計HMSR DA傳感器將使工程師能夠探索制定系統(tǒng)設(shè)計的新方法?？蛻暨€可以使用濾波器來調(diào)整傳感器，以滿足他們在任何需要清晰信號但通常受到電噪聲、震動和磁電子噪聲影響的行業(yè)中的特定要求。失真和干擾在這些高要求的應(yīng)用中是重大問題，只有通過在數(shù)字輸出方面推動邊界，才能實現(xiàn)真正突破性的開發(fā)，以解決嘈雜系統(tǒng)的問題。

數(shù)字輸出仍處于起步階段，即使在今天，一些客戶可能仍然對這條道路持謹(jǐn)慎態(tài)度。然而，這是一種強(qiáng)大的未來趨勢，預(yù)計將在未來幾年變得更加普及。因此，及時掌握這項技術(shù)，并鼓勵用戶對在其行業(yè)中應(yīng)用數(shù)字輸出解決方案的可行性提供可靠反饋，顯得尤為重要。

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