电流传感器的类型和应用实例

关键要点

・电流传感器是测量电路中电流的传感器。

・根据电流检测方法的不同，大致可分为电阻检测型和磁场检测型两大类。

・电阻检测型是将分流电阻器产生的电压降转换为电流的方法。结构简单、成本低廉但缺点是存在功率损耗和发热问题。

・磁场检测型有使用磁芯和不使用磁芯两种方法。

・有磁芯的磁场检测型是非接触式的且功率损耗小，但缺点是安装面积比较大。

・无磁芯磁场检测型的传统霍尔传感器由于集成在IC中而体积小，但需要在IC内部引入电流，因此会产生功率损耗。

・新一代无磁芯磁场检测型MI传感器的特点是不需要将电流引入封装内部，无需接触即可检测磁场，因此基本上不会产生功率损耗，同时具有更高的灵敏度。

电流检测被广泛应用于测量、控制和安全保障等多种用途。检测电流的传感器根据其检测方式可分为多种类型。

1什么是电流传感器

电流传感器是测量电路中电流的传感器。根据电流检测方法的不同，大致可分为电阻检测型和磁场检测型两大类。

●电阻检测型

利用欧姆定律，将分流电阻器产生的电压降转换为电流的方法。其优点是结构简单、成本低廉且易于操作，但缺点是需要利用电阻产生的电压降，存在功率损耗和发热问题。

●磁场检测型

磁场检测型是通过测量电流产生的磁场来实现电流测量，有使用磁芯和不使用磁芯两种方法。

<有磁芯>

通过测量电流流经电流导线时磁芯中产生的磁场强弱实现电流测量。该方法的优点是非接触式且功率损耗小，但缺点是磁芯的尺寸会导致安装面积比其他方法大。

<无磁芯：霍尔传感器>

利用霍尔元件，通过霍尔效应将电流周围产生的磁场转换为电压(霍尔电压)，并根据该电压获取电流值。由于霍尔元件产生的电压很小，因此需要放大电路(运算放大器)。近年来，由霍尔元件和放大电路组成的IC(称为“霍尔IC”等)被广泛使用。该方法需要在IC内部引入电流，因此会产生功率损耗。

<无磁芯：MI传感器>

使用了MI(Magneto Impedance)器件的非接触式电流传感器。其主要特点是无需将电流引入封装内部，无需接触即可检测磁场，因此几乎没有功率损耗。另一个特点是其灵敏度比霍尔传感器更高。

2MI电流传感器的应用实例

MI电流传感器可以解决“非接触式，损耗小，但安装面积大（有磁芯）”以及“需将电流引入IC，因此功率损耗大（无磁芯：霍尔传感器）”等磁场检测型电流传感器所存在的问题。以实际的MI传感器ICBM14270AMUV-LB为例进行说明。

BM14270AMUV-LB是一种采用特殊非晶丝材料并利用其磁阻抗效应的新一代传感器。该传感器拥有超高的磁检测灵敏度，可以高精度地测量磁场的微小变化。

因此，无需将电流引入封装内部，即可实现非接触式且高精度的电流检测（磁检测）。与霍尔传感器的磁场检测对比图如下所示。

如上所述，MI电流传感器是非接触式的，也无需将电流引入IC，因此即使测量大电流时也基本上不会产生损耗或发热，从而具有更高的可靠性并且可以进一步减少安装面积。另外，IC的体积也非常小。

BM14270AMUV-LB的内部结构框图和基本应用电路如下所示。

MI传感器器件的模拟输出信号经放大器接收后，通过AD转换器进行数字化处理，再经由信号调理电路，最终通过I^2^C接口与外部主机(微控制器等)进行通信。输出分辨率高达14位。工作时的消耗电流仅为70μA(Typ)，与其他电流传感器相比非常小。其主要的电气和封装规格如下：

工作电源电压范围： 2.7 V～5.5 V

工作时的消耗电流(20 SPS)： 70 μA(Typ)

可测量的输入磁场范围： ±280 μT(Typ)

磁灵敏度： 0.045 μT/LSB(Typ)

工作温度范围： -40℃～+125℃

封装：VQFN20QV3535

VQFN20QV35353.50×3.50×1.00(mm)

为了测量电流，需要根据传感器的结构进行如下电路板布局和安装。详情请参阅产品规格书。

BM14270AMUV-LB配备了两个具有不同磁场检测方向的传感器，采用将两个传感器检测到的磁场差值进行输出的结构，因此输出等于传感器A减传感器B的值。

以下为电路板的走线布局示例。通过这种布局设计，可在两个传感器上施加不同方向的磁场，从而检测出与电流量相对应的磁场。此外，由于外部干扰磁场对两个传感器施加的方向相同，因此可以消除工作范围内的干扰磁场影响。

产品规格书中还详细介绍了通过I2C通信的格式。关于已获取数据的读取等操作方法，请参阅产品规格书。