讓電流檢測(cè)更精確的AMR技術(shù)，電流檢測(cè)方法的介紹

先進(jìn)的系統(tǒng)需要準(zhǔn)確、高效率且可靠的傳感器，以取得適當(dāng)?shù)幕仞?a target="_blank">信息來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)作。不久前《Power Electronics News》(編按：EE Times出版集團(tuán)ASPENCORE旗下刊物)與美商ACEINNA副總裁John Newton、技術(shù)長(zhǎng)Mike Horton一起討論了電流檢測(cè)問(wèn)題。

1、Newton表示，電流檢測(cè)是一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)，幾乎在所有類(lèi)型的電子產(chǎn)品中都可以找到；目前主流的電流檢測(cè)方法主要有三種，其中最常見(jiàn)的是使用具備運(yùn)算放大器的分流電阻(shunt resistor)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)；利用分流電阻，只需測(cè)量電阻上的壓降就可以得到電流值。

第二種方式是使用電流變壓器，實(shí)際上很像是變流器(current transformer)，基本上是兩條導(dǎo)線繞組(windings of wire)，一次繞組的電流磁耦合到二次繞組；Newton指出：“這樣做的好處是，它本身是隔離的，這意味著正在測(cè)量的電流與輸出信號(hào)之間沒(méi)有任何電氣連結(jié)，但目前的變流器往往體積比較龐大。另一個(gè)缺點(diǎn)是它不會(huì)一直響應(yīng)DC，因此只能用它來(lái)測(cè)量AC電流?！?/p>

第三種常用方式是使用磁傳感器，通常是霍爾(Hall)組件，用于測(cè)量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這種方法的好處在于它本身是隔離的，尺寸可以很小，而且可以一直響應(yīng)DC；其缺點(diǎn)是不夠準(zhǔn)確，帶寬也有限，通常在100KHz或更小的范圍內(nèi)。

2、Newton指出，使用檢測(cè)電阻有幾個(gè)缺點(diǎn)：“第一，為了測(cè)量電流就必須降低電壓。因此，測(cè)量大電流時(shí)功耗就比較大。如果想測(cè)量具有一定動(dòng)態(tài)范圍的電流，那就更成問(wèn)題了。因?yàn)楝F(xiàn)在必須調(diào)整電阻的大小，以便在小電流水平下有足夠的電壓降，使之仍能達(dá)到想要的精度。這意味著當(dāng)處于電流范圍的較高端時(shí)，I2R損耗甚至更大；”另一個(gè)問(wèn)題是需要很多外部組件，特別是如果想做隔離電流檢測(cè)的話，因?yàn)楝F(xiàn)在必須有一整套額外的電路來(lái)創(chuàng)建隔離層。

針對(duì)以上檢測(cè)電阻的兩個(gè)缺點(diǎn)，ACEINNA的方法是使用新技術(shù)來(lái)檢測(cè)電流；它也是磁性的，但采用異相磁阻(anisotropic magnetoresistance)原理，簡(jiǎn)稱(chēng)AMR，而非霍爾組件。Newton表示，這種AMR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它更靈敏、噪聲更低，而且?guī)捀?，因此它是一種可以解決電流檢測(cè)問(wèn)題的高性能磁性傳感器技術(shù)。

3、AMR還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的電流檢測(cè)組件對(duì)z方向的磁場(chǎng)敏感，如果將這種組件安裝在電路板上，它會(huì)與電路板本身垂直；因此，如果系統(tǒng)中有另一個(gè)電流流經(jīng)這種霍爾組件，它會(huì)感應(yīng)到該電流，因?yàn)榇艌?chǎng)會(huì)與傳感器所在的電路板垂直。AMR組件在x軸上是敏感的，與PCB表面平行，因此系統(tǒng)中橫向定位的任何雜散電流都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不在敏感軸上的磁場(chǎng)，所以對(duì)外部干擾的抵抗能力比霍爾組件更強(qiáng)。

Newton指出，AMR傳感器的結(jié)構(gòu)是一個(gè)電阻電橋(resistive bridge)，所以真正發(fā)生的是電橋電阻隨著所施加的磁場(chǎng)而變化；電橋結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是非常對(duì)稱(chēng)的，與霍爾組件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全不同。Horton補(bǔ)充指出，AMR組件并不只是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，而是精度、速度和成本的改變；因?yàn)榻M件材料，傳感器精確度更高，霍爾組件則非常不敏感。

Horton進(jìn)一步指出，如Newton所言，首先霍爾組件的敏感軸不對(duì)，所以必須用一些方法來(lái)解決；但更重要的是，霍爾只是一種低靈敏度非常低的磁傳感技術(shù)：“霍爾組件能以二進(jìn)制方式測(cè)量真正的大電流，例如在編碼器中，或者對(duì)電流進(jìn)行粗略的量測(cè)，但不是高分辨率、如16位超高分辨率傳感器，它的噪聲比較大。因此從純粹的精度和帶寬的角度來(lái)看，可以說(shuō)AMR材料更好，具備更好的物理特性?！?/p>

4、根據(jù)Horton的說(shuō)法，除了采用AMR技術(shù)，還需要有先進(jìn)的材料以及獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)，才能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)；AMR的基本物理特性使之具有高帶寬，以及比霍爾組件更好的靈敏度。因此在高性能羅盤(pán)中看不到霍爾傳感器，因?yàn)樗撵`敏度不夠高，無(wú)法測(cè)量微弱的微高斯水平地球磁場(chǎng)；AMR傳感器能夠以高分辨率和高帶寬來(lái)檢測(cè)這類(lèi)非常小的電流，以及很大的電流，而這是霍爾傳感器做不到的。

ACEINNA的電流傳感器鎖定要求高帶寬、高速度、良好隔離、良好的動(dòng)態(tài)范圍和準(zhǔn)確性；因此Newton指出，服務(wù)器或電信設(shè)備電源模塊中的高性能電源是一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)合。此外，高電壓、高帶寬和大動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用亦是目標(biāo)市場(chǎng)，如逆變器、不斷電系統(tǒng)(UPS)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，以及高性能電動(dòng)馬達(dá)等，對(duì)性能以及電流檢測(cè)有更嚴(yán)格要求的應(yīng)用。
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