去掉分流器！重新定義磁性電流感測(cè)技術(shù)｜Allegro發(fā)布大功率電流傳感器ACS37220和緊湊型貼片封裝磁性電流傳感器ACS37041

磁性電流感測(cè)技術(shù)是一種利用磁場(chǎng)效應(yīng)來(lái)測(cè)量電流的技術(shù)。這種技術(shù)的核心原理是，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁性電流感測(cè)技術(shù)通過(guò)檢測(cè)這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度或方向變化來(lái)確定電流的大小和方向。由于汽車電氣化，集成電流傳感器的直流充電站數(shù)量激增；工業(yè) 4.0 推動(dòng)了對(duì)位置傳感器、開(kāi)關(guān)和鎖存器的需求，以及使用電流傳感器進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)的潛在可能性等因素，都為磁性電流傳感器的前景提供了良好的支撐。

在磁傳感器領(lǐng)域，Allegro Microsystems是絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者。在去年的磁性傳感器市場(chǎng)，Allegro以23%的占比排名第一。而作為磁性傳感技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，Allegro近日在上海慕尼黑電子展期間參展，并發(fā)布了其最新的電流感測(cè)技術(shù)。全新的大功率電流傳感器ACS37220和緊湊型貼片封裝磁性電流傳感器ACS37041，去掉了傳統(tǒng)電流感測(cè)中的分流器設(shè)計(jì)，重新定義了磁性電流感測(cè)技術(shù)。

Allegro Microsystems全球銷售高級(jí)副總裁Max Glover、Allegro Microsystems全球副總裁&中國(guó)區(qū)總經(jīng)理徐偉杰在發(fā)布會(huì)上進(jìn)行了精彩的分享。

磁性電流感測(cè)技術(shù)革新：去掉分流器

電流檢測(cè)最常用的兩種技術(shù)是基于分流器的解決方案和基于霍爾傳感器的解決方案。第一種是使?分流電阻器將電流轉(zhuǎn)換為低壓信號(hào)， 然后使?電流檢測(cè)放?器進(jìn)?放?。第二種則是利?霍爾效應(yīng)，即測(cè)量載流導(dǎo)線的磁場(chǎng)在偏置霍爾板上產(chǎn)生的霍爾電壓，通過(guò)測(cè)量這個(gè)電壓來(lái)計(jì)算電流。

長(zhǎng)期起來(lái)，電流傳感器需要在更高精度和更低成本兩個(gè)極端之間追求平衡。據(jù)Max介紹，當(dāng)前客戶/行業(yè)在使用帶低側(cè)分流器的運(yùn)算放大器的電流感測(cè)方案時(shí)，所面臨的挑戰(zhàn)主要來(lái)自三個(gè)方面：尺寸、散熱和復(fù)雜性。

傳統(tǒng)分流器需要多個(gè)元件（電阻 器、放大器、濾波器），從而占用寶貴的 PCB 空間。而增加PCB尺寸直接意味著增加制造成本，包括電路板制造和更大的外殼。

分流電阻由于其固有電阻，會(huì)產(chǎn)生大量熱量（P = I2 x R），尤其是在大電流水平下。而溫度升高會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能、組件可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響，并需要采取額外的冷卻措施。

實(shí)施有效的分流系統(tǒng)，需要專門的濾波器設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，才能實(shí)現(xiàn)最佳性能。因此工程師必須細(xì)心考慮組件在溫度和壽命范圍內(nèi)的變化，以確保測(cè)量準(zhǔn)確性，這通常涉及耗時(shí)的分析和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

而Allegro的磁電流檢測(cè)放大器相比帶低側(cè)分流器的運(yùn)算放大器的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)更小的尺寸、更少的外圍部件、更低的功耗和電阻、更好的CMTI和更高帶寬。

據(jù)徐偉杰介紹，Allegro的集成磁電流傳感器尺寸明顯更小，與同等分流器方案比較尺寸可以減少7.2倍（0.1m歐 2%精度 Shunt 對(duì)比ACS37220）。同時(shí)，集成磁電流傳感器引線框架的較低導(dǎo)體電阻可降低系統(tǒng)溫度。此外，Allegro將傳統(tǒng)分流電阻電路的功能集成到單一封裝中， 簡(jiǎn)化了客戶的組件放置和設(shè)計(jì)流程。

據(jù)悉，霍爾電流傳感器的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于其天然具備電流隔離的功能。主電流路徑和信號(hào)電路之間沒(méi)有電器連接，因此可以使用更高的工作電壓。在工作溫度方面，大部分放大器最大的工作溫度僅為125攝氏度，盡管有的分流器可以支持150攝氏度，但因此整體也只能達(dá)到125攝氏度的工作溫度范圍。同時(shí)，分流器會(huì)隨著工作溫度等級(jí)的升高而尺寸變大，這也是不利因素之一。在采樣帶寬方面，Hall-Based可以達(dá)到1MHz，而響應(yīng)時(shí)間可以低至0.3 μs。在設(shè)計(jì)方面，Hall-Based電流傳感器唯一需要考慮的附加設(shè)計(jì)是選擇在輸出端添加電阻導(dǎo)體 (RC) 濾波器以幫助減輕潛在噪聲，這是對(duì)所需輸出帶寬進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。

而此次Allegro帶來(lái)的最新的磁電流是已經(jīng)正式發(fā)布的大功率電流傳感器ACS37220和預(yù)發(fā)布的緊湊型貼片封裝磁性電流傳感器ACS37041。其中ACS37220專為取代大功率感測(cè)電阻器而設(shè)計(jì)，可用于高達(dá) 200A 大電流監(jiān)測(cè)應(yīng)用。ACS37041則采用緊湊型 SOT23-W 封裝，具有高集成度，適用于最高可達(dá)30A的廣泛電流感測(cè)應(yīng)用。

行業(yè)轉(zhuǎn)向48V系統(tǒng)，Allegro助力無(wú)縫切換

作為Allegro Microsystems的兩大支柱之一，功率轉(zhuǎn)換也是此次上海慕尼黑電子展會(huì)的重點(diǎn)。Allegro認(rèn)為隨著各行業(yè)轉(zhuǎn)向48V系統(tǒng)，其中蘊(yùn)涵著巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)，而Allegro已經(jīng)開(kāi)始了積極布局。

隨著不斷增長(zhǎng)的電力需求，12V系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足更高的功率需求?！叭绻隳軌蛱岣唠妷?，那么你可以在更低的電流下運(yùn)行。而在更低的電流下運(yùn)行，可以使用更小的電纜、更少的線束、更小的板空間以及更小的系統(tǒng)周邊基礎(chǔ)設(shè)施。這樣你就可以縮小尺寸、高度集成，并在轉(zhuǎn)向48伏系統(tǒng)時(shí)降低這些系統(tǒng)的成本。同時(shí)你還會(huì)有更高的效率。如果你是一輛電動(dòng)汽車，并且依靠電池運(yùn)行，更高的效率直接關(guān)系到更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更好的用戶體驗(yàn)?！盡ax解釋到。

而Allegro已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到了這一變化，并且做好了準(zhǔn)備。據(jù)悉，Allegro已經(jīng)在多種產(chǎn)品組合里提供了48V的產(chǎn)品，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電流傳感器、調(diào)節(jié)器、柵極驅(qū)動(dòng)器等類別。

例如在人工智能領(lǐng)域，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理強(qiáng)度會(huì)大幅提高，加大數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的負(fù)載。48V系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率，減少產(chǎn)生的熱量，降低冷卻需求，從而節(jié)省能源。另外，由于48V系統(tǒng)具有更高的功率密度，可采用更小的電纜/連接器以節(jié)省空間。48V系統(tǒng)還可以采用更高轉(zhuǎn)速冷卻風(fēng)扇，冷卻速度更快。

此外48V系統(tǒng)還可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，譬如，電池供電的移動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)更加小巧設(shè)計(jì)，節(jié)省空間。同時(shí)，48V系統(tǒng)也沒(méi)有電氣風(fēng)險(xiǎn)，保證人員安全。48V系統(tǒng)帶來(lái)的更高功率可以實(shí)現(xiàn)更快的電機(jī)，提高工業(yè)系統(tǒng)性能。

值得一提的是在汽車電氣架構(gòu)方面，雖然48V架構(gòu)已經(jīng)討論了近10年，但行業(yè)還未轉(zhuǎn)向。但毫無(wú)疑問(wèn)，轉(zhuǎn)向48V系統(tǒng)能夠解決當(dāng)下BEV上的諸多問(wèn)題，這比任何時(shí)候都要迫切。

Max表示：“從頭設(shè)計(jì)一輛48V架構(gòu)的車輛是一件非常困難的事情。這就是為什么Allegro提供的產(chǎn)品不僅適用于5V、12V系統(tǒng)，同樣也適用于48V系統(tǒng)。這樣客戶就可以輕松地使用48V系統(tǒng)，而不必立刻移除12V電池。但當(dāng)他們移除12V電池的時(shí)候，他們已經(jīng)擁有可以在48V下運(yùn)行的產(chǎn)品了。Allegro可以從這個(gè)角度幫助客戶更好地實(shí)現(xiàn)向48V架構(gòu)產(chǎn)品的更替和管理?！?

結(jié)語(yǔ)

據(jù)悉，Allgero去年?duì)I收突破10億美金，創(chuàng)下歷史新高。過(guò)去四年間公司的業(yè)績(jī)保持高速持續(xù)增長(zhǎng)，而這背后的推動(dòng)力來(lái)自汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展，其汽車業(yè)務(wù)營(yíng)收占比達(dá)到了70%。在這其中中國(guó)本土客戶對(duì)業(yè)務(wù)的貢獻(xiàn)頗多，當(dāng)前中國(guó)已經(jīng)占到了其全球業(yè)務(wù)的26%，并且仍在持續(xù)擴(kuò)大。

“關(guān)于Allegro，需要記住的一點(diǎn)是，我們非常專注。我們不會(huì)試圖滿足所有人的需求，但我們對(duì)磁傳感和與之互補(bǔ)的電源產(chǎn)品非常有信心，我們依靠創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”Max說(shuō)到，“我們將確保我們的技術(shù)（磁傳感和功率轉(zhuǎn)換）是業(yè)內(nèi)最好的，我們希望通過(guò)內(nèi)部創(chuàng)新和技術(shù)收購(gòu)等方式，繼續(xù)建立和完善我們?cè)诖艂鞲泻碗娫搭I(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位?！?