去掉分流器！重新定義磁性電流感測技術｜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

磁性電流感測技術是一種利用磁場效應來測量電流的技術。這種技術的核心原理是，當電流通過導體時，會在周圍產(chǎn)生磁場。磁性電流感測技術通過檢測這個磁場的強度或方向變化來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 推動了對位置傳感器、開關和鎖存器的需求，以及使用電流傳感器進行預測性維護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。

在磁傳感器領域，Allegro Microsystems是絕對的領導者。在去年的磁性傳感器市場，Allegro以23%的占比排名第一。而作為磁性傳感技術的領導者，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技術。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)電流感測中的分流器設計，重新定義了磁性電流感測技術。

Allegro Microsystems全球銷售高級副總裁Max Glover、Allegro Microsystems全球副總裁&中國區(qū)總經(jīng)理徐偉杰在發(fā)布會上進行了精彩的分享。

磁性電流感測技術革新：去掉分流器

電流檢測最常用的兩種技術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， 然后使?電流檢測放?器進?放?。第二種則是利?霍爾效應，即測量載流導線的磁場在偏置霍爾板上產(chǎn)生的霍爾電壓，通過測量這個電壓來計算電流。

長期起來，電流傳感器需要在更高精度和更低成本兩個極端之間追求平衡。據(jù)Max介紹，當前客戶/行業(yè)在使用帶低側分流器的運算放大器的電流感測方案時，所面臨的挑戰(zhàn)主要來自三個方面：尺寸、散熱和復雜性。

傳統(tǒng)分流器需要多個元件（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。而溫度升高會對系統(tǒng)性能、組件可靠性產(chǎn)生負面影響，并需要采取額外的冷卻措施。

實施有效的分流系統(tǒng)，需要專門的濾波器設計專業(yè)知識，才能實現(xiàn)最佳性能。因此工程師必須細心考慮組件在溫度和壽命范圍內(nèi)的變化，以確保測量準確性，這通常涉及耗時的分析和反復的實驗室測試。

而Allegro的磁電流檢測放大器相比帶低側分流器的運算放大器的方案，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 對比ACS37220）。同時，集成磁電流傳感器引線框架的較低導體電阻可降低系統(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， 簡化了客戶的組件放置和設計流程。

據(jù)悉，霍爾電流傳感器的一個主要優(yōu)勢在于其天然具備電流隔離的功能。主電流路徑和信號電路之間沒有電器連接，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到125攝氏度的工作溫度范圍。同時，分流器會隨著工作溫度等級的升高而尺寸變大，這也是不利因素之一。在采樣帶寬方面，Hall-Based可以達到1MHz，而響應時間可以低至0.3 μs。在設計方面，Hall-Based電流傳感器唯一需要考慮的附加設計是選擇在輸出端添加電阻導體 (RC) 濾波器以幫助減輕潛在噪聲，這是對所需輸出帶寬進行簡單計算。

而此次Allegro帶來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電阻器而設計，可用于高達 200A 大電流監(jiān)測應用。ACS37041則采用緊湊型 SOT23-W 封裝，具有高集成度，適用于最高可達30A的廣泛電流感測應用。

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

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的重點。Allegro認為隨著各行業(yè)轉(zhuǎn)向48V系統(tǒng)，其中蘊涵著巨大的商業(yè)機會，而Allegro已經(jīng)開始了積極布局。

隨著不斷增長的電力需求，12V系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足更高的功率需求?！叭绻隳軌蛱岣唠妷海敲茨憧梢栽诟偷碾娏飨逻\行。而在更低的電流下運行，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)周邊基礎設施。這樣你就可以縮小尺寸、高度集成，并在轉(zhuǎn)向48伏系統(tǒng)時降低這些系統(tǒng)的成本。同時你還會有更高的效率。如果你是一輛電動汽車，并且依靠電池運行，更高的效率直接關系到更長的續(xù)航里程和更好的用戶體驗?！盡ax解釋到。

而Allegro已經(jīng)預見到了這一變化，并且做好了準備。據(jù)悉，Allegro已經(jīng)在多種產(chǎn)品組合里提供了48V的產(chǎn)品，包括電機驅(qū)動器、電流傳感器、調(diào)節(jié)器、柵極驅(qū)動器等類別。

例如在人工智能領域，對于數(shù)據(jù)的處理強度會大幅提高，加大數(shù)據(jù)中心服務器的負載。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)速冷卻風扇，冷卻速度更快。

此外48V系統(tǒng)還可以廣泛應用在工業(yè)自動化領域，譬如，電池供電的移動機器人可以實現(xiàn)更加小巧設計，節(jié)省空間。同時，48V系統(tǒng)也沒有電氣風險，保證人員安全。48V系統(tǒng)帶來的更高功率可以實現(xiàn)更快的電機，提高工業(yè)系統(tǒng)性能。

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

Max表示：“從頭設計一輛48V架構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。但當他們移除12V電池的時候，他們已經(jīng)擁有可以在48V下運行的產(chǎn)品了。Allegro可以從這個角度幫助客戶更好地實現(xiàn)向48V架構產(chǎn)品的更替和管理?！?

結語

據(jù)悉，Allgero去年營收突破10億美金，創(chuàng)下歷史新高。過去四年間公司的業(yè)績保持高速持續(xù)增長，而這背后的推動力來自汽車市場的飛速發(fā)展，其汽車業(yè)務營收占比達到了70%。在這其中中國本土客戶對業(yè)務的貢獻頗多，當前中國已經(jīng)占到了其全球業(yè)務的26%，并且仍在持續(xù)擴大。

“關于Allegro，需要記住的一點是，我們非常專注。我們不會試圖滿足所有人的需求，但我們對磁傳感和與之互補的電源產(chǎn)品非常有信心，我們依靠創(chuàng)新來實現(xiàn)這一目標?！盡ax說到，“我們將確保我們的技術（磁傳感和功率轉(zhuǎn)換）是業(yè)內(nèi)最好的，我們希望通過內(nèi)部創(chuàng)新和技術收購等方式，繼續(xù)建立和完善我們在磁傳感和電源領域的領導地位。”