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Currentier

課題解決

AKMは、長年培ってきた化合物半導体の磁気センサー (ホール素子) 技術、パッケージ設計技術、アナログ回路設計技術を活かし、非常にユニークな コアレス電流センサー IC 「Currentier」(カレンティア) を開発しました。

Currentier は、以下のようなソリューションの実現に貢献することで、現在世界中の産業用機器、住宅設備用機器で使われています。

ユーザーベネフィット

  • システム (機器サイズ) の小型化
  • 設計工数の削減
  • より安全なシステム
  • システム効率の改善とより精密な制御

ユニークなコア技術

#05では、Currentier に応用されている化合物半導体磁気センサー (ホール素子) 技術、IC 設計技術、パッケージ設計技術について説明します。 

Currentier は、図1に示すように、

  •  一次導体を流れる被測定電流が作る磁場を検知する磁気センサー
  • 磁気センサーからの信号を補正・増幅するIC
  • 一次導体、磁気センサー、IC を一体化するパッケージ

で構成されています。
AKMは、上記の3つのポイントで他社に無いユニークな技術を持っています。

図1. Currentier の模式図

AKMは磁気センサーメーカーとしておよそ50年の歴史を持ち、中でもホール素子は、世界トップシェアを獲得しています。現在、DCブラシレスモーターやカメラ、スマートフォン、白物家電など多くの用途でAKMのホール素子が使われています。
世界中にたくさんの磁気センサーメーカーが存在する中で、世界トップシェアを獲得できているポイントは化合物半導体の設計・生産技術になります。
「ホール素子の原理と種類」にあるように、ホール素子の感度は、ホール素子を構成する半導体材料の「電子移動度」と呼ばれる量に比例します。

AKMは、GaAs や InAs、InSb などに代表されるⅢ-Ⅴ族化合物半導体について、世界トップレベルの設計・生産技術を有しています。Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体は、多くの競合メーカーが利用しているシリコン (Si) に比べて前述の電子移動度が高いことが特長です。例えば InAs は Si の20倍以上の電子移動度を持つことが知られています。これは、AKMの InAs ホール素子は他社の Si ホール素子に比べて20倍以上高い感度を実現できるということを意味しています。しかし、この感度の高さとトレードオフとなるのが、バンドギャップが狭い材料特有の温度特性の悪化でした (図2)。

図2. 半導体材料の特性比較表

この温度特性の悪化を、AKMが長年培ってきた化合物半導体の温度特性変動の知見と、アナログIC設計技術を組み合わせて補正することにより、Currentier は、Si ホール素子を用いた電流センサーと比べても同等以上の優れた温度特性を実現しています (図3)。
また、ホール素子自体の感度が高いため IC 内部の信号増幅率を低くできるため、広い帯域幅を確保することが可能となり Si ホール素子を用いた電流センサーに比べて速い応答速度を実現しています (図4)。

図3. Currentier CZ37xx と Si ホール素子電流センサー (競合品) の温度特性比較
図4. Currentier CZ37xx と Si ホール素子電流センサー (競合品) の応答速度比較

高速な電流制御が必要とされる用途で、応答特性に加えてもう一つ重要となる特性が dV/dt や dI/dt 動的ノイズ特性です。急激な電圧や電流の変化に対して、寄生容量や寄生インダクタンス成分由来のノイズが発生してしまうと、IC 自体の帯域が広くても高速かつ正確に信号を得ることができなくなるからです。

AKMが長年培ってきたパッケージング技術および IC 設計技術により、Currentier は素子内部の寄生容量及び寄生インダクタンス成分を可能な限り小さくすることで、他社に比べて劇的に小さな動的ノイズレベルを実現しています (図5)。その結果、急激に変化する電圧や電流波形に対しても高速かつ正確な電流検出が可能となり、過電流検知や DC-DC コンバーター等、高速応答性が必要とされる多様な用途で Currentier の採用が進んでいます。

図5. Currentier CZ37xx と Si ホール素子電流センサー (競合品) の動的ノイズ特性比較

最後に、AKMは Currentier を組立工程まで含めてすべて自社工場で生産しているため、安定した品質とデリバリーを実現しています。
産業用機器等、長期の使用が前提となる用途において、Currentier は最適な製品となっています。

流れの、一歩先へ。

Currentier TM は、磁気センサーのリーディングカンパニーである旭化成エレクトロニクスが、長年のノウハウを生かして開発したホール式の電流センサー IC です。シンプルなオープン型方式による小型化と、オープン型でありながらクローズ型に迫る高精度、高S/N、そして高速応答性の両立を達成しました。インバーター制御や過電流検出、電力検出など幅広い用途において、最適な電流検出ソリューションを提供します。

* Currentier は、旭化成エレクトロニクス株式会社の商標です。