集成电流传感器的演变走上数字化道路！

如何在市场中领先，并确定用户的需求是一个需要解决的难题，获取这些信息并开发满足这些需求的产品需要一种自上而下与自下而上的方法，其中市场趋势预测与基于客户的调查并行进行。客户通常清楚他们希望从集成电流传感器(ICS)中获得什么，他们的反馈在推动这一演变过程中至关重要。

客户的意见帮助确定了在选择电流传感器时应关注的四个关键要素：

· 温度下的性能——这与偏移和灵敏度漂移相关，是最重要的特性。

· 集成解决方案能处理多少电流。小型电流传感器的集成主电流限制了其支持的电流量——持续30安培或50安培，通过推动这些限制来实现技术突破。

· 过流检测——设定保护阈值，并持续监控过流情况。

· 绝缘(根据系统电压选择基本或增强型)可能是选择传感器的关键因素。

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闭环与开环

近年来，用户受益于闭环霍尔效应技术——LEM设计了一种特殊的闭环应用特定集成电路(ASIC)，然后是开环技术，这提供了一种成本更低的解决方案。这项技术促成了HLSR系列电流传感器的发展，这是一种紧凑型、低成本的PCB安装解决方案，推动了小型化的新发展。

在这一演变路径上，接下来是HMSR，这是一款高绝缘的ICS，旨在满足市场对降低成本、提高性能和小型化的持续需求。这一新系列扩展了用于AC和DC隔离电流测量的微型电流传感器，广泛应用于商业和工业市场的高要求开关电源应用。基于微核心的开环传感器具备增强绝缘和过流检测，HMSR单元配备低电阻主导体(以最小化功率损耗)、微型铁氧体和专有ASIC，实现了直接电流测量和一致的绝缘性能。这些特性使HMSR非常适合需要高精度和显著抗外部干扰能力的高压应用。微磁核心使得该设备在电力电子应用中尤其有用，因为这些应用通常经历高水平的干扰。

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正因如此，电力电子工程师多年来一直成功使用模拟HMSR传感器测量DC和AC电流。他们特别享受这种紧凑型电流传感器的优势，具有对杂散电场的强大免疫力、增强绝缘和300kHz带宽。

在集成电流传感器的持续演变中，最新的解决方案是HMSR DA，这是市场上首款在测量低电流时提供Sigma Delta比特流输出的ICS，同时还能实现高分辨率。使用数字信号意味着在传感器输出(也称响应时间)上引入了固定延迟，同时显著减少了来自模拟到数字转换器(ADC)的量化噪声，数字滤波器通过噪声整形确保了Sigma Delta调制器(SDM)的更好分辨率。通过将调制器与数字滤波器结合，创建一个ADC是简单的。这种架构的优势包括减少连接数量，用户能够定义自己的系统性能水平，并能制作两个或多个具有不同性能的转换器。这种架构特别适合廉价的CMOS工艺。

数字电流传感器的另一个特征是稳定时间，也称为响应时间或延迟。以10MHz时钟和128倍过采样率(OSR)，SDM的稳定时间大约为38.4微秒。使用Sigma Delta输出比特流的另一个好处是提供的灵活性，意味着可以根据应用的具体需求在客户端应用不同的数字低通滤波器。用户可以选择使用高阶慢滤波器以获得高分辨率结果，或使用低阶快速信号以获得更快速但分辨率较低的结果。

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典型的ICS应用

市场对提供数字输出的ICS反应良好，因为它同时提供了优越的信号形状和较低的噪声水平，同时降低成本和占用更小的机械空间。这种ICS的典型应用包括机器人、伺服驱动、缝纫机、CNC机床、焊接设备和自动引导车(AGV)。

最近，汽车行业开始对这些传感器表现出兴趣。研发机构和专家制造商对数字解决方案能抵御外部噪声(包括电噪声和磁噪声)这一事实感到兴奋，因为这些噪声在使用模拟信号时常常造成重大困难。

在数字ICS路线图上

HMSR DA传感器被视为LEM数字ICS路线图的第一步，它在市场上是首款此类产品，提供11到13位的分辨率和10MHz的时钟。

最终目标是使集成电流传感器的电流水平接近传统传感器。目前，HMSR DA能够在125°C下持续支持30 Arms和75安培峰值，但后续的代际产品将致力于支持100安培的持续输出，同时保持极其紧凑和PCB安装。未来版本还将旨在消除对磁微核心的需求，这将改善频率响应并消除潜在的磁干扰。

HMSR DA特别适合于容易受到噪声、失真和干扰的应用，通过使客户能在材料清单(BoM)上节省成本，达成真正的节约。它通过在一个单元中替代一个复杂和昂贵的传统系统来实现这一点，该系统通常包括分流电阻、数字隔离器以及带有二极管和电容的低/高电源电路。分流电阻并不是最佳解决方案，因为在处理高电流时存在热噪声问题。另一个问题是需要占用空间来容纳这些独立设备，而HMSR DA只需一个芯片便可以完成这三种元素的功能，并直接将输出提供给客户。新传感器还为客户提供了那些独立单元所没有的功能，例如ASIC和分流电阻无法提供的过流检测。

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制定系统设计

此外，提供不同的输出模式——包括带有比特流和时钟的单输出模式，以及差分输出，消除了购买输出驱动器以将单模转换为差分模的需求。基于RS-422数据和LVDS(低压差分信号)接收器的解决方案将提供输出和反向输出，以及时钟和反向时钟，这在处理差分信号时至关重要，因为它使得在低功耗和高速操作时消除所有噪声成为可能。借助新数字传感器，所有这些功能均被纳入一个单元中。

预计HMSR DA传感器将使工程师能够探索制定系统设计的新方法。客户还可以使用滤波器来调整传感器，以满足他们在任何需要清晰信号但通常受到电噪声、震动和磁电子噪声影响的行业中的特定要求。失真和干扰在这些高要求的应用中是重大问题，只有通过在数字输出方面推动边界，才能实现真正突破性的开发，以解决嘈杂系统的问题。

数字输出仍处于起步阶段，即使在今天，一些客户可能仍然对这条道路持谨慎态度。然而，这是一种强大的未来趋势，预计将在未来几年变得更加普及。因此，及时掌握这项技术，并鼓励用户对在其行业中应用数字输出解决方案的可行性提供可靠反馈，显得尤为重要。

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