去掉分流器！重新定义磁性电流感测技术｜Allegro发布大功率电流传感器ACS37220和紧凑型贴片封装磁性电流传感器ACS37041

磁性电流感测技术是一种利用磁场效应来测量电流的技术。这种技术的核心原理是，当电流通过导体时，会在周围产生磁场。磁性电流感测技术通过检测这个磁场的强度或方向变化来确定电流的大小和方向。由于汽车电气化，集成电流传感器的直流充电站数量激增；工业 4.0 推动了对位置传感器、开关和锁存器的需求，以及使用电流传感器进行预测性维护的潜在可能性等因素，都为磁性电流传感器的前景提供了良好的支撑。

在磁传感器领域，Allegro Microsystems是绝对的领导者。在去年的磁性传感器市场，Allegro以23%的占比排名第一。而作为磁性传感技术的领导者，Allegro近日在上海慕尼黑电子展期间参展，并发布了其最新的电流感测技术。全新的大功率电流传感器ACS37220和紧凑型贴片封装磁性电流传感器ACS37041，去掉了传统电流感测中的分流器设计，重新定义了磁性电流感测技术。

Allegro Microsystems全球销售高级副总裁Max Glover、Allegro Microsystems全球副总裁&中国区总经理徐伟杰在发布会上进行了精彩的分享。

磁性电流感测技术革新：去掉分流器

电流检测最常用的两种技术是基于分流器的解决方案和基于霍尔传感器的解决方案。第一种是使⽤分流电阻器将电流转换为低压信号， 然后使⽤电流检测放⼤器进⾏放⼤。第二种则是利⽤霍尔效应，即测量载流导线的磁场在偏置霍尔板上产生的霍尔电压，通过测量这个电压来计算电流。

长期起来，电流传感器需要在更高精度和更低成本两个极端之间追求平衡。据Max介绍，当前客户/行业在使用带低侧分流器的运算放大器的电流感测方案时，所面临的挑战主要来自三个方面：尺寸、散热和复杂性。

传统分流器需要多个元件（电阻 器、放大器、滤波器），从而占用宝贵的 PCB 空间。而增加PCB尺寸直接意味着增加制造成本，包括电路板制造和更大的外壳。

分流电阻由于其固有电阻，会产生大量热量（P = I² x R），尤其是在大电流水平下。而温度升高会对系统性能、组件可靠性产生负面影响，并需要采取额外的冷却措施。

实施有效的分流系统，需要专门的滤波器设计专业知识，才能实现最佳性能。因此工程师必须细心考虑组件在温度和寿命范围内的变化，以确保测量准确性，这通常涉及耗时的分析和反复的实验室测试。

而Allegro的磁电流检测放大器相比带低侧分流器的运算放大器的方案，能够实现更小的尺寸、更少的外围部件、更低的功耗和电阻、更好的CMTI和更高带宽。

据徐伟杰介绍，Allegro的集成磁电流传感器尺寸明显更小，与同等分流器方案比较尺寸可以减少7.2倍（0.1m欧 2%精度 Shunt 对比ACS37220）。同时，集成磁电流传感器引线框架的较低导体电阻可降低系统温度。此外，Allegro将传统分流电阻电路的功能集成到单一封装中， 简化了客户的组件放置和设计流程。

据悉，霍尔电流传感器的一个主要优势在于其天然具备电流隔离的功能。主电流路径和信号电路之间没有电器连接，因此可以使用更高的工作电压。在工作温度方面，大部分放大器最大的工作温度仅为125摄氏度，尽管有的分流器可以支持150摄氏度，但因此整体也只能达到125摄氏度的工作温度范围。同时，分流器会随着工作温度等级的升高而尺寸变大，这也是不利因素之一。在采样带宽方面，Hall-Based可以达到1MHz，而响应时间可以低至0.3 µs。在设计方面，Hall-Based电流传感器唯一需要考虑的附加设计是选择在输出端添加电阻导体 (RC) 滤波器以帮助减轻潜在噪声，这是对所需输出带宽进行简单计算。

而此次Allegro带来的最新的磁电流是已经正式发布的大功率电流传感器ACS37220和预发布的紧凑型贴片封装磁性电流传感器ACS37041。其中ACS37220专为取代大功率感测电阻器而设计，可用于高达 200A 大电流监测应用。ACS37041则采用紧凑型 SOT23-W 封装，具有高集成度，适用于最高可达30A的广泛电流感测应用。

行业转向48V系统，Allegro助力无缝切换

作为Allegro Microsystems的两大支柱之一，功率转换也是此次上海慕尼黑电子展会的重点。Allegro认为随着各行业转向48V系统，其中蕴涵着巨大的商业机会，而Allegro已经开始了积极布局。

随着不断增长的电力需求，12V系统已经难以满足更高的功率需求。“如果你能够提高电压，那么你可以在更低的电流下运行。而在更低的电流下运行，可以使用更小的电缆、更少的线束、更小的板空间以及更小的系统周边基础设施。这样你就可以缩小尺寸、高度集成，并在转向48伏系统时降低这些系统的成本。同时你还会有更高的效率。如果你是一辆电动汽车，并且依靠电池运行，更高的效率直接关系到更长的续航里程和更好的用户体验。”Max解释到。

而Allegro已经预见到了这一变化，并且做好了准备。据悉，Allegro已经在多种产品组合里提供了48V的产品，包括电机驱动器、电流传感器、调节器、栅极驱动器等类别。

例如在人工智能领域，对于数据的处理强度会大幅提高，加大数据中心服务器的负载。48V系统能够实现更高效率，减少产生的热量，降低冷却需求，从而节省能源。另外，由于48V系统具有更高的功率密度，可采用更小的电缆/连接器以节省空间。48V系统还可以采用更高转速冷却风扇，冷却速度更快。

此外48V系统还可以广泛应用在工业自动化领域，譬如，电池供电的移动机器人可以实现更加小巧设计，节省空间。同时，48V系统也没有电气风险，保证人员安全。48V系统带来的更高功率可以实现更快的电机，提高工业系统性能。

值得一提的是在汽车电气架构方面，虽然48V架构已经讨论了近10年，但行业还未转向。但毫无疑问，转向48V系统能够解决当下BEV上的诸多问题，这比任何时候都要迫切。

Max表示：“从头设计一辆48V架构的车辆是一件非常困难的事情。这就是为什么Allegro提供的产品不仅适用于5V、12V系统，同样也适用于48V系统。这样客户就可以轻松地使用48V系统，而不必立刻移除12V电池。但当他们移除12V电池的时候，他们已经拥有可以在48V下运行的产品了。Allegro可以从这个角度帮助客户更好地实现向48V架构产品的更替和管理。”

结语

据悉，Allgero去年营收突破10亿美金，创下历史新高。过去四年间公司的业绩保持高速持续增长，而这背后的推动力来自汽车市场的飞速发展，其汽车业务营收占比达到了70%。在这其中中国本土客户对业务的贡献颇多，当前中国已经占到了其全球业务的26%，并且仍在持续扩大。

“关于Allegro，需要记住的一点是，我们非常专注。我们不会试图满足所有人的需求，但我们对磁传感和与之互补的电源产品非常有信心，我们依靠创新来实现这一目标。”Max说到，“我们将确保我们的技术（磁传感和功率转换）是业内最好的，我们希望通过内部创新和技术收购等方式，继续建立和完善我们在磁传感和电源领域的领导地位。”