电流传感器将走向微型化、数字化

作为全球领先的半导体公司，英飞凌在传感器领域也一直走在行业前列，拥有广泛的传感器产品组合。为了满足工业市场对高性能电流传感器的日益增长的需求，英飞凌推出了其首款集成式电流传感器，也是市场上首款最小的高精度集成式电流传感器TLI4970，该传感器集成了差分放大器、过滤器进而信号处理等功能，通过数字SPI接口传输，可实现在高达600V工作电压和3600V测试电压下进行电流隔离测量，主要应用于光伏和驱动器的逆变器、汽车和工业电池充电器、服务器和照明应用的电源等领域。

根据英飞凌的市场调查报告，电流传感器总市场容量约为4亿欧元。英飞凌科技股份公司汽车电子产品营销经理Juergen Mann表示，在当前的许多市场应用都要求使用电流传感器，例如太阳能逆变器、智能电网、照明以及电源等。“对功率效率和高效的功率转换的要求将与日俱增，智能电网和智能电表将改变我们发电、输配电和使用电能的方式。在照明领域，将出现更高效的可控制智能照明系统。”Mann指出。

英飞凌科技股份公司汽车电子产品营销经理Juergen Mann

此次英飞凌的高精度全数字电流传感器TLI4970即针对太阳逆变器、充电设备、电源设备、电气驱动装置以及控制节能LED照明装置等应用而开发。Mann介绍此款产品时表示，在提高和确保电流测量的高精准度方面，英飞凌做了大量的工作。“TLI4970基于英飞凌的霍尔效应技术，摒弃常规的场集中器，可避免滞后效应。同时采用杂散磁场抑制技术和差分测量原则，对外部磁场具有极强的抗干扰性。如果采用传统的电流测量原则，精准度还会受到环境、非确定性漂移和老化等因素的影响，TLI4970采用独立的测量温度和机械应力结构，因此无需依靠系统设计上的预防措施如隔离。通过在工作期间独立测量两个变量，该传感器可以经常确保有效补偿，而这正是实现长期测量稳定性的基础。”Mann进一步补充说，“利用TLI4970可测量大小达到±50A的交直流电流，而且无需外部校准，连续运行多年仍可保持极佳的精准度(1%)、控制效果和效率。适用于高效、可靠、成本优化型逆变器和电机。”

除了高精准度的电流测量，TLI4970还具有快速过电流检测功能，在电力输出阶段提高高效保护。“例如在发生外部短路的情况下，会出现临界过电流。”Mann举例说，“为了最大程度缩短这种潜伏期，TLI4970提供并行信号路径，可使传感器检测到的错误条件在驱动装置或微控制器中在不到3μs的极短延迟下得到处理。开发人员可通过电路中的可编程低通滤波器，对传感器的电流值和后续的过滤操作进行编程，调节范围为3~90A，步长为3A，以对电流阀值进行微调，满足系统应用需求。”

在封装方面TLI4970的尺寸也非常具有优势，采用了7×7×1mm SMD封装，相比于具有类似精度的竞争对手产品，体积缩小了100倍，封装缩小6倍。Juergen Mann指出，如此幅度的微型化得益于英飞凌创新的无芯化设计。“在汽车和工业领域，现在很多产品都有一个专门的地方放传感器，但是如果传感器做得够小，就不用有个专门的地方来放它。所以现在看来微型化是一个大的趋势。而在微型化的过程中，会遇到电流通过能力、电隔离、检测效果等方面的挑战，”他表示，“TLI4970内部设有压力传感器。这压力传感器两边会有电阻，电阻会感知到压力变化而进行补偿。另外，TLI4970内有两个霍尔传感器，这两个传感器因为放得很近，所以当有外围干扰的时候，两个传感器都会感测到同个干扰信号，差分的概念是取两个的差值，通过差分的机制来保证TLI4970不受干扰信号。从尺寸角度来讲，市场上的产品有比我们尺寸小的，但是它需要一个额外的采样单元，就是需要额外补偿。如果考虑到我们现在芯片的尺寸、电流的精度以及电流范围，TLI4970应该是唯一能够集成这些功能的产品。”

除了微型化，还提到了电流传感器的另一个发展趋势——数字化。Mann表示，现在的电流传感器都是模拟形式的，最终控制都会将它数字化。TLI4970采用了数字化技术，无需外部校准或额外部件如模数转换器、光耦合器或基准电压。因此，它大大减轻了总开发工作量，节省了电路板空间和成本。“我们会觉得如果去把一个数字信号转换成模拟信号仅仅是为了适应传统的需求是没有意义的，所以我认为数字化肯定是一个趋势。”

最后Mann强调，TLI4970是英飞凌第一个集成式电流传感器，除上述提到的应用领域外，也已经可以满足一些电动车辆及工业驱动的需求。“我们还在计划其他电流等级的产品，会在后续逐步推出。接下来的产品规划主要是三个方向，一个是低端化、低成本应用，即小电流、低精度，一个是高端化，即需要大采样范围、大尺寸、大电流，最后则是快速检测、高带宽。”

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