基于AMR的新型电流传感技术

嵌入式电子社区的电源系统开发人员认识到对更高效率和更好系统性能的迫切需求。

这是由多种因素造成的——从 热管理问题到增加的功率密度，再到电池寿命等等。对更好技术的持续压力要求在这些领域不停地发展。今天，这种关注主要集中在高级材料、拓扑和高级软件定义架构上。

追求提高效率的另一个关键因素是准确、实时的反馈。工程师对系统性能了解得越多，他们就能更好地管理它。

工程师可以将最好的半导体集成到最新的电路设计中，由最先进的软件驱动，除非他们确切地知道系统在做什么，否则他们无法对其进行优化。没有反馈就没有精度，数据越准确，系统就越精确。

高性能计算最关键的方面之一是如何管理电源——要么优化性能，要么监控处理器工作负载。可以作为代理测量流入系统的当前流量，以查看它是否以最佳水平运行，或者您可以将更多计算或工作负载加载到处理器上。

除了优化之外，准确的电流感应还可以从服务器和数据中心产生收入，根据实际工作负载或使用的计算能力向客户端收费。

电流感应

电路中的电流检测是获得精确性能反馈的重要方式，可让您深入了解系统的运行效率。电流传感器用于控制、保护和测量电路，可测量系统内的功率流，通常用于动态控制开关频率以最大限度地减少损耗。准确和快速的电流测量是减少零电流和零电压开关系统损耗的关键，因为在开关阶段，开关晶体管上的任何电流或电压都是浪费能源。

图 1：电流传感器广泛用于控制、保护和测量电路，以测量系统内的功率流。

AMR技术

各向异性磁阻 (AMR) 隔离式电流传感器在小型 SMT 封装中提供高精度和带宽。与感测电阻器、霍尔效应器件和电流互感器相比，基于 AMR 的电流传感器(如ACIENNA的那些)是由 NiFe 薄膜制成的插入式器件，对电流具有非常高的灵敏度和高带宽响应。磁场。

图 2：与感应电阻器、霍尔效应器件和电流互感器相比，基于 AMR 的电流传感器对磁场具有非常高的灵敏度和高带宽响应。

与传统方法相比，由于其结构，基于 AMR 的传感器对于需要隔离的应用尤其有价值。例如，管理电流的最简单方法之一是使用分流电阻器，测量其两端的电压降，但这种解决方案本质上不是隔离的。如果您需要增加隔离，这是更高电压和/或电流应用的情况，组件数量会增加，增加成本以及与板上组件数量增加相关的所有问题。

另一种方法是使用电流互感器，但该解决方案可能体积庞大。此外，电流互感器仅适用于交流电。电流互感器也有饱和效应。第三种方法是在间隙中放置一个霍尔效应传感器，并用它来测量通过导线的电流。由于有多种测量电流的方法，您在电源设计中指定的传感器类型将影响您的成本、尺寸和效率。

ACEINNA 的 AMR 技术是一种紧凑的单芯片解决方案。与分流寄存器相比，AMR 技术使用绝缘基板，具有 4.8KV 隔离，并且除了去耦电容器之外不需要额外的组件。与变压器相比，不仅仅是尺寸，AMR 技术可以同时响应直流和交流双向电流。与基于霍尔效应的解决方案相比，AMR 技术提供 1.5 兆赫的带宽，并且具有更低的偏移和噪声，从而带来更好的精度和更低的相移。这与 AMR 技术非常快的输出阶跃响应相结合，提供了一种准确而紧凑的解决方案，可以为电力系统的保护和控制执行关键测量。

怎么运行的

在 ACIENNA 传感器中，四个引脚从一侧接收电流，在同一侧，电流通过另外四个引脚返回。当电流流过引线框架时，它以 U 形弯曲流过器件，电流沿一个方向流动并在弯曲处返回。当电流流过引线框架时，它会产生要测量的场。当电流反向时，它具有反向场。设备中有两个独立的 AMR 电流传感器，可从两个电流方向测量场，抵消可能存在的外部场和偏移。

图 3：为确保高精度，两个(绿色)AMR 电流传感器从两个电流方向测量场，基本上抵消了外部磁场

这种双传感器配置使 AMR 传感器能够忽略与电流垂直的外部场，从而能够忽略板上的其他组件。AMR 传感器仅对硅中的水平场敏感。然而，如果您使用霍尔效应传感器，它们也会感应垂直于硅的场。这种基于 AMR 的设计对杂散磁场的抵抗力为开发人员在基于 AMR 的系统中放置组件提供了更大的灵活性。

ACIENNA AMR 传感器的双传感器结构、高集成度和所用材料不仅提供了高精度和带宽，还实现了高阶跃响应，即传感器能够快速响应变化的能力它正在测量的磁场。这种高精度降低了信号中的相位差，以及缓慢和不准确测量的其他伪影。

AMR 传感器特点

当涉及服务器和电信中的电源等应用中的功率流时，您有一个前端 AC-DC PFC 转换器为 DC-DC 总线转换器供电，驱动板上的 DC-DC 负载点转换器， AMR传感器是最佳选择。

例如，ACIENNA 最近发布的用于工业和电源应用的 MCx1101 系列 ±5A、±20A 和 ±50A 电流传感器是完全集成的双向电流传感器，(±20A)典型精度为 ±0.6% ，以及 ±60mA 或 FSR(最大值)±0.3% 的温度偏移，确保在非常宽的电流范围内准确运行。

基于 AMR 的集成单芯片解决方案的其他优势包括降低了失调电压，这种不良电压代表了各种条件下实际输出与指定值之间的差异，影响了测量的准确性。由于高度集成，噪声也更少，这会影响任何系统的精度。高度准确的传感器可以帮助优化处理器的使用量，特别是对于涉及 AI 和云的应用程序，使用功率跟踪进行性能监控。

应用优势

了解每个代理服务器使用了多少能量可以帮助确定是否还有更多能量的空间，因此他们可以将更多的数字运算放入系统中，或者确定它是否已经达到极限。了解电量消耗情况的另一方面是，您可以根据使用的处理器时间或处理能力向客户收费。因此，准确的电流测量可以增强(双关语)系统性能。

除了电源和数据中心之外，还有无数其他应用可以从 AMR 感测中受益，例如电机驱动器和逆变器。逆变器和电机驱动器是非常相似的电路，但负载末端不是电机，而是与逆变器连接的电网。另一个可以受益的应用是不间断电源 (UPS)，从前端 AC-DC 转换器到电池管理，再到最后一级 DC-AC 逆变器，以及连接到电网的地方。

在输出端，您将合成连接到网格的正弦波。在功率因数校正方面，如果您使用图腾柱型，AMR 传感器将为您提供电流测量值，用于控制和保护。在电池管理方面，中间是充放电电流管理。还有其他应用，如家用电器，尤其是那些带有电机的应用，如冰箱和洗碗机。

期待

在为电源、可变电机控制逆变器、UPS 和电动汽车指定电流传感和管理系统时，系统和电源工程师有很多技术选择。

与其他电流传感技术相比，基于 AMR 的传感器通常是涉及电力传输或电机控制应用的最佳选择。由于使用的结构和材料，这些传感器具有固有的高灵敏度、快速响应和宽带宽。出于多种原因，这表明基于 AMR 的电流传感器是下一代电源系统中高级电源管理的最合乎逻辑的选择。