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霍爾電流傳感器在電信整流器和服務器電源中的應用

發(fā)布時間:2020-05-12 責任編輯:wenwei

【導讀】電信整流器和服務器電源單元(PSU)中的功率因數(shù)校正(PFC)電路和逆變電路都需要將高壓側(cè)的電流信號檢測到位于低壓側(cè)的控制器,因此要用到隔離式電流傳感器。隔離式電流檢測有多種實現(xiàn)方式,例如電流互感器(CT)、隔離放大器和霍爾效應電流傳感器。其中,霍爾效應電流傳感器因其簡便易用、準確、體積小且具有直流檢測能力,成為比較理想的選擇。
 
電流互感器是基于變壓器的原理對電流進行采樣,使用CT可以檢測MOSFET或者IGBT的開通電流。CT的快速響應速度使其非常適合于用做峰值電流控制和過流保護控制。但是基于變壓器耦合原理的CT無法感測直流或非常低頻的電流,從而導致其不能直接檢測工頻AC電流,或因為只檢測開通電流的間接方法而損失測量精度(沒有關斷電流)。另外,由于CT需要使用鐵氧體磁芯,體積很難做小,而體積較大的CT又會增大電源開關環(huán)路,產(chǎn)生更高的電壓尖峰和噪聲干擾。
 
而霍爾效應電流傳感器則是一種精度更高、體積更小的選擇,它可以在直流條件下工作,而且能夠以良好的線性度和精度測量包含了開通和關斷的AC總電流。同時,霍爾效應電流傳感器的體積可以做到SOIC-8的封裝,同一顆集成IC一樣大小,使PCB的布局更加容易,有助于實現(xiàn)更高的功率密度。
 
表1對霍爾效應電流傳感器與電流互感器進行了比較。
 
霍爾電流傳感器在電信整流器和服務器電源中的應用
表1:霍爾效應電流傳感器與電流互感器的比較
 
在將霍爾效應電流傳感器應用于電信電源或服務器PSU時,需要評估電流的檢測范圍、連續(xù)電流耐受能力、響應速度(/帶寬)和電壓隔離等級。在某些情況下,電信電源或服務器電源可能還需要向上位機匯報當前的運行功率,此時高精度的霍爾電流傳感器(如TI的TMCS1100)可幫助系統(tǒng)實現(xiàn)≥1%的電流檢測精度。
 
圖1展示了,在分別使用3.3 V和5 V供電情況下,霍爾效應電流傳感器的典型應用電路。與使用3.3 V電源供電相比,使用5 V供電可用拓寬霍爾傳感器的電流檢測范圍。以TMCS1100A1為例,霍爾傳感器的靈敏度為50 mV/A:如果使用3.3V電源,則電流檢測范圍為-33 A?+ 33 A(雙向);而使用5.0V電源時,電流檢測范圍可以擴展到-50 A?+ 50A。另外,在設計中應當注意,除了電流檢測范圍之外,還需要考慮傳感器的連續(xù)電流耐受能力,當電流耐受力不足時,可以通過改善傳感器的散熱來優(yōu)化。
 
霍爾電流傳感器在電信整流器和服務器電源中的應用
(a)
 
霍爾電流傳感器在電信整流器和服務器電源中的應用
 (b)
圖1:霍爾效應電流傳感器的常見應用:采用3.3 V電源的霍爾效應電流傳感器(a);采用5 V電源的霍爾效應電流傳感器(b)
 
在使用霍爾效應電流傳感器的電路板布局中,要注意以下因素:
 
散熱:盡量增大一次側(cè)電流導線的覆銅面積,可以提高霍爾電流傳感器的散熱能力,從而增加傳感器的最大平均電流耐受能力。另外,還可以使用更厚銅箔的PCB,或者在初級走線上放置一些散熱過孔,或者把霍爾電流傳感器和PCB走線放置在風道內(nèi),都可以改善霍爾電流傳感器的平均電流耐受能力。
 
一次側(cè)電流磁場:布局時,應盡量避免大電流的走線靠近霍爾電流傳感器。
 
隔離要求:從系統(tǒng)整體考慮爬電距離和電氣間隙,當霍爾電流傳感器無法滿足所需的PCB爬電距離時,可以在電路板上挖槽以達到系統(tǒng)級的隔離要求。
 
總結(jié),在電信整流器和服務器PSU中,CT更適合于峰值電流控制和過流保護,但它體積較大且精度不高?;魻栃娏鱾鞲衅黧w積小,精度高,使用簡單方便,并且更適合檢測交流線路電流。希望本文介紹的關于霍爾電流傳感器的一些用法對大家有所幫助。
 
 
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