什么是Currentier?

Currenteir是AKM无芯电流传感器IC的品牌名称。
这是一个结合了 "Current" 和 "Frontier" 的造词,"Current" 表示电流,而 "Frontier"表示先锋。 

* Currentier是旭化成电子有限公司的品牌。

技术说明

1. 概要:"什么是Currentier?"

"Currentier"是AKM无芯电流传感器IC的品牌名称。 这是一个结合了 "Current" 和 "Frontier" 的造词,"Current" 表示电流,而 "Frontier" 表示先锋。

在吸引人的“小尺寸”无芯电流传感器IC中,AKM的 "Currentier" 无芯电流传感器IC也具有许多诱人的魅力,例如超低发热,高分辨率,高速响应和高精度。

 

1. 系统小型化(外壳/板)

  • 由于产生的热量极低,与散热相关的电路板面积得以减小,使系统可以实现小型化。
  • 不仅零件的尺寸小,而且需要的外围零件也很少,因此可以使系统实现小型化。
  • 可以支持高速开关频率,并通过减小外围部件的尺寸,使系统实现小型化。 

 

2. 简化的散热设计

一次导体的电阻值非常小,可以抑制施加电流时的发热,并且热设计容易。

 

3. 减少设计工时 

通过在同一封装中提供从±5到±180App的电流检测阵容,可以共享零件和电路板,并可以减少设计工时。

4. 安全功能的实现 

  • 爬电距离和电气间隙达到8毫米 (符合UL61800-5-1)。
  • 可使用于400V增强绝缘。
  • 实现高速响应 (0.5us),适用于过电流检测

 

5. 有助于提高系统效率和精确控制 

  • 达到与闭环相当的高精度,并可以提高系统效率。
  • 高分辨率可抑制伺服电机的振动。

2. Currentier 的霍尔元件

即使都被称为”无芯电流传感器IC”,但是普通的无芯电流传感器IC的性能与AKM的无芯电流传感器IC的性能是有明显不同的。 支撑这一点的是需要有绝对高技术力的霍尔元件。

普通的硅 (Si) 霍尔元件和AKM化合物半导体霍尔元件都具有“检测磁场”的作用,但它们在性能上是有极大不同的。 众所周知,展现霍尔元件输出电压大小的“霍尔效应”是根据使用材料而改变的,因为材料不同会有数十倍的差产生。

在霍尔元件业界,AKM是一家拥有40年历史的全球头号制造商,并已获得诸多专利。 此外,AKM使用这种高度敏感的化合物半导体霍尔元件制造无芯电流传感器IC,其特性在业界处于顶级水平。

Patent No.: US7723814

Patent No.: US8154280

Patent No.: US10429455等

主要可以利用这种高度敏感的化合物半导体霍尔元件特性的三各方面。

・高灵敏度霍尔元件 → 低发热封装 → 对应大电流
(有关详细信息,请参见“ 3. Currentier封装技术”)
代表产品:CZ-37系列

・高灵敏度霍尔元件 → 宽带宽 → 高速响应
(有关详细信息,请参见“ 4. Currentier的ASIC技术”)
代表产品:CQ-3系列

・高灵敏度霍尔元件 → 高分辨率
(通过加大高灵敏度霍尔元件的输出信号来实现高分辨率)
代表产品:AK31系列

3. Currentier 的封装技术

Currentier封装具有两个特点:对应大电流和高绝缘性。

3-1. 低发热和对应大电流技术

通过使用高灵敏度霍尔元件的封装技术实现了低发热和对应大电流。

AKM霍尔元件的拥有高出普通Si霍尔元件灵敏度约30倍的超高灵敏度特性。 因此,测量电流I产生的磁场B稍小,也可以输出足够的信号。由于磁场B可以很小,因此可以减小流过一次导体的电流密度,从而增大一次导体的横截面积,最终做到大幅减小电阻值。

其结果是,CZ-37系列的一次导体电阻为0.27mΩ,仅为普通产品一次导体电阻 (约0.8mΩ) 的1/3。 由于发热量与一次导体电阻值成正比,因此当施加相同的电流量时,发热量可以抑制到普通无芯电流传感器的发热量的约1/3,并且有助于系统 (外壳/基板) 小型化

图1显示的是施加40A时CZ-37系列的发热结果,图2显示的是40A电流适用于普通无芯电流传感器时的发热结果。 通过抑制产生的热量,该产品可以对应测量大电流。

图1. CZ-37系列发热结果
图2. 普通无芯电流传感器发热结果

由于可以对应大电流,所以从大电流 (±100 App或更高) 到小电流 (±5 App) 可用同一封装测量。 因此,同一产品可用于不同容量产品中,从而可以减少设计验证和组件认证的工时。

3-2. 对应高度绝缘的技术

其次,通过利用此封装结构实现了高绝缘性。

AKM的无芯电流传感器IC“Currentier”与一般的无芯电流传感器IC内部结构截然不同。
图3是Currentier封装的示意图 (透视图/横截面图)。 图4是普通的无芯电流传感器IC的封装的示意图 (透视图/横截面图)。

Currentier的话,高压侧的一次导体与低压侧的ASIC/霍尔元件没有物理接触,并且它们之间的空间填充有作为绝缘体的封装树脂。 因此,这种结构封装内部没有爬电,实现了高度绝缘性。

另外,普通的无芯电流传感器IC是在高压侧的一次导体上放置绝缘膜后,再在其上面放置低压侧ASIC的结构。所以这种结构中,沿着一次导体(高压侧)-绝缘膜-ASIC (低压侧) 的路径存在爬电距离。 因此,如果绝缘膜与封装树脂之间存在间隙,则容易发生电介质击穿。 所以这种结构需要充分确认包括随着时间推移而导致的性能劣老化在内的密闭性。

Currentier不需要担心像普通无芯电流传感器IC的这一点。 而是其爬电距离和空间距离设置为8mm或更大,可实现400V系统的加强绝缘。 利用这种包装技术确保绝缘的技术是要求需要同时具有封装技术和霍尔元件技术的,这俩种技术兼具的厂家仅有AKM,此技术已取得专利 *。

Patent No.: US10215781

Patent No.: US10101368等

图3. Currentier封装的示意图(透视图/剖视图)
图4. 普通无芯电流传感器IC封装的示意图(透视图/横截面图)

4. Currentier的 ASIC技术

ASIC的作用对于普通无芯电流传感器IC和AKM的Currentier来说都是通用的,它的作用是放大磁传感器信号,调节电流灵敏度,调节零电流电压并执行各种温度校正。 Currentier的ASIC具有两个特点:高速响应和高分辨率。

高速响应是通过利用霍尔元件的高灵敏度特性的ASIC实现的。

首先,如果磁场大小相同,那么霍尔元件的灵敏度越高,则霍尔元件进入ASIC的信号就越大。 就可以降低ASIC中放大器的放大率,即可实现信号带的宽带化。 信号频带越宽,电流传感器的响应速度就越快。 它适用于像过流检测等需要高速响应的应用,并且根据产品系列 (例如:CZ-3A系列),如图5的IC框图所示,在IC内置有比较器功能, 因此无需在外部另放比较器。

图5. CZ-3A系列框图

此外,随着下一代功率器件的扩展和未来开关频率的增加,Currentier的高速响应将有更多机会。

另外,因为AKM熟知化合物霍尔元件的特性所以在各种温度特性的高精度校正均配备了只有AKM才能实现的各种电路技术,实现了与闭环型和分流电阻+绝缘放大器方式相当的高精度电流检测。 因此能够对更加效率地控制电机,以及改善系统效率和精密控制做出贡献。

Patent No.: US9513348

Patent No.: US9535139等

5. 总结

虽然普通无芯电流传感器IC具备发热低,可检测DC/AC电流,无磁滞,一次侧无需绝缘电源等诸多优点,但其还是存有分辨率低,响应速度慢的缺点。

AKM的无芯电流传感器IC "Currentier",通过结合使用高灵敏度化合物半导体霍尔元件・封装・ASIC技术,克服了无芯电流传感器IC所存在的这些缺点,成为聚集超低发热・高分辨率・高响应速度・高精度等诸多魅力特性于一身的优质产品。

相关信息

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Solutions

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