霍爾電流傳感器在電信整流器和服務器電源中的應用
發布時間:2020-05-12 責任編輯:wenwei
【導讀】電信整流器和服務器電源單元(PSU)中的功率因數校正(PFC)電路和逆變電路都需要將高壓側的電流信號檢測到位於低壓側的控製器,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。
電流互感器是基於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於用做峰值電流控製和過流保護控製。但是基於變壓器耦合原理的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,或因為隻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,由於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路,產生更高的電壓尖峰和噪聲幹擾。
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,有助於實現更高的功率密度。
表1對霍爾效應電流傳感器與電流互感器進行了比較。

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於電信電源或服務器PSU時,需要評估電流的檢測範圍、連續電流耐受能力、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彙報當前的運行功率,此時高精度的霍爾電流傳感器(如TI的TMCS1100)可幫助係統實現≥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範圍。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,則電流檢測範圍為-33 A〜+ 33 A(雙向);而使用5.0V電源時,電流檢測範圍可以擴展到-50 A〜+ 50A。lingwai,zaishejizhongyingdangzhuyi,chuledianliujiancefanweizhiwai,haixuyaokaolvchuanganqidelianxudianliunaishounengli,dangdianliunaishoulibuzushi,keyitongguogaishanchuanganqidesanrelaiyouhua。

(a)

(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:jinliangzengdayicicedianliudaoxiandefutongmianji,keyitigaohuoerdianliuchuanganqidesanrenengli,congerzengjiachuanganqidezuidapingjundianliunaishounengli。lingwai,haikeyishiyonggenghoutongbodePCB,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,都可以改善霍爾電流傳感器的平均電流耐受能力。
一次側電流磁場: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:從係統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係統級的隔離要求。
總結,在電信整流器和服務器PSU中,CT更geng適shi合he於yu峰feng值zhi電dian流liu控kong製zhi和he過guo流liu保bao護hu,但dan它ta體ti積ji較jiao大da且qie精jing度du不bu高gao。霍huo爾er效xiao應ying電dian流liu傳chuan感gan器qi體ti積ji小xiao,精jing度du高gao,使shi用yong簡jian單dan方fang便bian,並bing且qie更geng適shi合he檢jian測ce交jiao流liu線xian路lu電dian流liu。希xi望wang本ben文wen介jie紹shao的de關guan於yu霍huo爾er電dian流liu傳chuan感gan器qi的de一yi些xie用yong法fa對dui大da家jia有you所suo幫bang助zhu。
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