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先進的系統(tǒng)需要準確、高效率且可靠的傳感器，以取得適當?shù)幕仞佇畔碚{(diào)節(jié)系統(tǒng)運作。不久前《Power Electronics News》(編按：EE Times出版集團ASPENCORE旗下刊物)與美商ACEINNA副總裁John Newton、技術(shù)長Mike Horton一起討論了電流檢測問題。
1 Newton表示，電流檢測是一種應用廣泛的技術(shù)，幾乎在所有類型的電子產(chǎn)品中都可以找到；目前主流的電流檢測方法主要有三種，其中最常見的是使用具備運算放大器的分流電阻(shunt resistor)進行信號調(diào)節(jié)；利用分流電阻，只需測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，實際上很像是變流器(current transformer)，基本上是兩條導線繞組(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，這意味著正在測量的電流與輸出信號之間沒有任何電氣連結(jié)，但目前的變流器往往體積比較龐大。另一個缺點是它不會一直響應DC，因此只能用它來測量AC電流。” 第三種常用方式是使用磁傳感器，通常是霍爾(Hall)組件，用于測量電流產(chǎn)生的磁場。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DC；其缺點是不夠準確，帶寬也有限，通常在100KHz或更小的范圍內(nèi)。 2 Newton指出，使用檢測電阻有幾個缺點：“第一，為了測量電流就必須降低電壓。因此，測量大電流時功耗就比較大。如果想測量具有一定動態(tài)范圍的電流，那就更成問題了。因為現(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，使之仍能達到想要的精度。這意味著當處于電流范圍的較高端時，I2R損耗甚至更大；”另一個問題是需要很多外部組件，特別是如果想做隔離電流檢測的話，因為現(xiàn)在必須有一整套額外的電路來創(chuàng)建隔離層。 針對以上檢測電阻的兩個缺點，ACEINNA的方法是使用新技術(shù)來檢測電流；它也是磁性的，但采用異相磁阻(anisotropic magnetoresistance)原理，簡稱AMR，而非霍爾組件。Newton表示，這種AMR技術(shù)的優(yōu)勢在于它更靈敏、噪聲更低，而且?guī)捀撸虼怂且环N可以解決電流檢測問題的高性能磁性傳感器技術(shù)。 3 AMR還有另一個優(yōu)點。以霍爾效應為基礎的電流檢測組件對z方向的磁場敏感，如果將這種組件安裝在電路板上，它會與電路板本身垂直；因此，如果系統(tǒng)中有另一個電流流經(jīng)這種霍爾組件，它會感應到該電流，因為磁場會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產(chǎn)生一個不在敏感軸上的磁場，所以對外部干擾的抵抗能力比霍爾組件更強。 Newton指出，AMR傳感器的結(jié)構(gòu)是一個電阻電橋(resistive bridge)，所以真正發(fā)生的是電橋電阻隨著所施加的磁場而變化；電橋結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是非常對稱的，與霍爾組件的拓撲結(jié)構(gòu)完全不同。Horton補充指出，AMR組件并不只是拓撲結(jié)構(gòu)的改變，而是精度、速度和成本的改變；因為組件材料，傳感器精確度更高，霍爾組件則非常不敏感。 Horton進一步指出，如Newton所言，首先霍爾組件的敏感軸不對，所以必須用一些方法來解決；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)：“霍爾組件能以二進制方式測量真正的大電流，例如在編碼器中，或者對電流進行粗略的量測，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看，可以說AMR材料更好，具備更好的物理特性。” 4 根據(jù)Horton的說法，除了采用AMR技術(shù)，還需要有先進的材料以及獨特的電路設計，才能夠發(fā)揮其優(yōu)勢；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。因此在高性能羅盤中看不到霍爾傳感器，因為它的靈敏度不夠高，無法測量微弱的微高斯水平地球磁場；AMR傳感器能夠以高分辨率和高帶寬來檢測這類非常小的電流，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、良好的動態(tài)范圍和準確性；因此Newton指出，服務器或電信設備電源模塊中的高性能電源是一個很好的應用場合。此外，高電壓、高帶寬和大動態(tài)范圍的應用亦是目標市場，如逆變器、不斷電系統(tǒng)(UPS)、馬達驅(qū)動器，以及高性能電動馬達等，對性能以及電流檢測有更嚴格要求的應用。 |
