今天，有几种能够将磁场转换成比例电压的技术可用。磁传感器已用于各种领域的不同应用，包括磁编码器、电子罗盘、绝对角度传感器、简单的开/关开关和电流传感。

霍尔效应由埃德温·霍尔于1879年首次发现，多年来已成功并广泛用于制造固态磁传感器。然而，它已经达到了一些限制，迫使系统设计者开发能够实现目标要求的新技术，例如低功耗、高灵敏度和准确性以及可承受的成本。

能够满足这些要求的新技术基于磁阻（MR）效应，这是一种材料（如铁、镍和钴）在磁场下改变其电值的特性。改变材料的磁化强度会改变电子在其内部的传播方式，从而导致器件电阻的变化。根据磁性材料内部的磁化方式，磁共振效应具有不同的特征。

从MR衍生出的一项新技术是隧道磁阻效应（TMR），由宫崎泰隆教授于20世纪90年代发现。如图1所示，TMR传感器元件由夹在两个铁磁层之间的极薄纳米级非磁性绝缘层组成。电子从一个铁磁层穿过绝缘层到达另一个。这是量子力学的一个例子。当两种铁磁材料的磁化方向平行时，电阻减小，而当它们反平行时，阻抗增大。


图1：由两个铁磁体和一个隧道层组成的TMR结（来源：Crocus Technology）

Crocus技术

Crocus Technology基于其在工业和消费电子应用中获得专利的XtremeSense TMR技术提供了广泛的磁传感器选择。XtremeSense TMR技术是Crocus磁传感器系列的核心，包括集成磁开关和电流传感器。

根据Crocus的说法，XtremeSense TMR技术提供的主要优势是：

Crocus Technology销售和营销副总裁Tim Kaske表示：“对电流传感的需求继续增加，尤其是对于需要运行更快、更准确、延迟更短的架构，这就是我们真正看到Crocus设备推出的地方。”。

TMR具有多种特性，可将其用作电流传感器。由于TMR效应，TMR传感器的电阻根据外部磁场而变化。当与最先进的CMOS电路相结合时，基于TMR的传感器可以用作具有优异线性和热性能的高信噪比传感器。TMR传感器的这些特性允许其用作接触式或非接触式电流传感器。

TMR传感器使用案例

需要准确可靠的电流传感解决方案的一个关键应用是功率因数校正（PFC），这是一种在许多电力应用（如电源）中必须使用的电路，以提高效率，同样的原因，也是国际法规（如欧洲的EN61000-3-2）所要求的。包括PFC级的电源可以提供比没有功率因数校正的电源更高的输出负载电流。PFC可以显著降低交流电流谐波，几乎只留下与电压波形同相的“基本”电流频率。

Kaske说：“我们真正看到了我们正在进入的一个关键焦点应用是如何使用GaN MOSFET的CCM图腾柱PFC。”。“我想说，PFC阶段在过去10年中没有太多更新，但现在，随着图腾柱架构和新控制器能够支持它，新的机会正在打开，例如电动汽车车载和非车载充电器、计算和数据中心。”

标准电流传感解决方案，例如基于分流电阻器、放大器和数字隔离器的解决方案，显示了使用TMR传感器可以克服的几个限制，将PCB上的占地面积缩小2×至5×。

Kaske说：“其他一直在使用霍尔传感器进行电流传感的工程师现在发现，我们可以为他们的系统在精度、带宽、延迟和整体效率方面提供显著优势。”。

典型有源PFC的框图如图2所示。二极管桥将输入AC电压转换为DC电压，而PFC级插入线路和主转换器之间。它充当一个前置转换器（通常是升压转换器），从市电汲取正弦电流，并在输出端提供直流电压。


图2：典型有源PFC级示意图（来源：Crocus Technology）

图3所示的CCM图腾柱PFC使用两个GaN MOSFET，S1和S2，配置为高频半桥。S3和S4是带同步MOSFET的线频引线。采用此解决方案的主要好处是效率高、功耗低和组件数量减少。更高频率的软开关解决方案需要一个能够检测快速瞬变的电流传感器，以防止潜在的级联故障。该电路仅使用一个双向电流传感器（iL)用于感测正半周和负半周上的电流。


图3:CCM图腾柱PFC（来源：Crocus Technology）

图4:TMR传感器与霍尔传感器（来源：Crocus Technology）

根据Crocus的说法，XtremeSense TMR传感器是该应用的理想解决方案，因为它提供：

Kaske表示：“我们看到巨大机遇的另一个市场是太阳能，这是一个提供高安全性和良好隔离的电流互感器被广泛使用的领域。”。“我们认为这是一个可以与非接触式电流传感器竞争的市场，提供相同或更好的隔离和更高的精度。”

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，电力电子新闻.