“低漂移+隔离双向采样”加持霍尔电流传感

根据不同的变换原理，在电流传感上目前有基于霍尔效应的，有基于电磁感应的，有基于磁通门的等等。不同的原理目标都是一样的，就是将大电流转换成同频同相的小电流方便测量或者隔离。
 
其中最经典的莫过于霍尔电流传感器了，即利用霍尔磁平衡原理来对各种类型的电流实现测量。在霍尔元件的控制电流端输入被测电流，同时在霍尔元件平面的法线方向施加磁场，这样霍尔元件的输出端便会产生一个霍尔电势，该电势的波形与输入电流一致，因此可以精确地反映出被测电流的变化情况。
 
不论是开环电流传感器还是闭环电流传感器，其基本的性能并没有太大差异，主要看能不能做到高精度低漂移。除了这些性能特点，隔离式的采样也逐渐受到重视。
 
MPS电流传感器
 
MPS的MCS18xx电流传感器系列在系统通信的高电流侧和低电压侧之间提供高电流监测和高隔离电压。负载电流通过霍尔传感器感应，并显示为与负载电流成比例的线性模拟电压。CS18xx电流传感器系列能够对杂散磁场免疫，显著提高传感器的精度；而且使用了隔离式双向霍尔效应来采样AC或DC电流，其低于1mohm的电阻导电路径可最大限度地减少功率损耗，提高效率。
 

（图源：MPS）

 
MCS1800是这个系列里3.3V单电源供电的电流传感器，具有低电阻的原边导体允许电流在包含高精度霍尔效应传感器的IC附近流动，该电流产生的磁场由集成的霍尔效应传感器在两个不同的点感应。然后，这两个点之间的磁场差被转换成与施加的电流成比例的电压。因为采用了差分式传感，MCS1800能够抵消任何外部磁场的干扰，精度也大大提升。
 
MCS1800能测量±12.5A和±25A的电流范围，全温范围内的精度为±3%，内部导通电阻仅为1.2mΩ，可调带宽高达100kHz。在测量上，MCS1800可以做到4μs的输出上升时间，且整个传感器不会发生磁滞后现象，这对于电流传感器来说是很难得的。
 
200VRMS工作电压可以实现基本隔离，在电流导体到晶圆之间也集成了屏蔽抑制电容耦合（高达 10V/ns），所以在隔离上大幅减少了现有标准外部元器件的使用。这么做还能节省封装尺寸，符合当下小型封装的要求。
 
该系列其他型号主要是电流测量范围的不同，在对于外部磁场的屏蔽，输出上升时间的控制以及隔离的配置上大同小异。整体的精度均控制在±2.5%到±3%之间，原边导通电阻则控制在0.9-1.2mΩ。
 
TI电流传感器
 
TI的电流传感器同样基于霍尔效应，高精度和低漂移可以说是TI电流传感器的招牌。无论时间、温度如何变化，旗下的电流传感都能实现精确的电流测量。同时隔离式的霍尔电流传感器还能显著延长传感器寿命。
 
TMCS110X这个系列可以说囊括了TI优秀的电流传感产品。先从TMCS1100来看，这个型号是业内领先的零漂移高精度电流传感器，展现出了出色的线性度和温度稳定性，可以在器件的整个温度范围内实现 < 1% 的满量程误差。
 

（图源：TI）

 
将高精度再细致一些，是80kHz的信号带宽、全温度范围内±0.3%的灵敏度误差、±10.5mA的失调电压误差、0.01mA/℃的失调电流漂移再加上0.1%的线性度。单论高精度，应该没有比这更极致的性能了。
 
导通电阻略高一些可能是该系列稍稍落后的一项指标，1.8mΩ在其他指标如此优秀的情况下的确有一点点扎眼，但也绝对属于“低”这一范畴。低导通电阻可最大限度减少功率损耗和热耗散。所以在分析电流传感器功率损耗和热耗散时，导通电阻值可以给出很大参考。
 
整个系列的电流传感器都具有多个灵敏度选项，输出电压与输入电流成正比。固定的灵敏度允许TMCS110X使用单个电源运行，因此消除了比例式误差并提高了电源噪声抑制能力。
 
该系列同样能提供单向和双向采样，双向采样依旧有隔离防护，固有的电镀绝缘在电流路径与电路之间提供了600V基本工作隔离电压和3kV电介质可承受隔离电压，这种集成式的电气屏蔽可提供出色的共模抑制和瞬态抗扰度保护。
 
小结
 
高精度低功耗无疑是所有传感器厂商都不会停止的追求。而在这些最基本的要求之外，芯片级的集成越来越普遍，为了提高温度稳定性，为了提高抗干扰性，多功能集成的隔离式电流传感器受到越来越多的青睐。