【導讀】伴隨車輛電氣化進程，新能源車中的電子元件含量與日俱增，其中獨有的車載充電器（OBC）、車載DC-DC轉換器、空調PTC加熱器加上充電必備的充電樁都需要用到一種檢測電流的傳感器——霍爾電流傳感器，當然，它必須能夠滿足車規要求。霍爾電流傳感器的應用主要還有光伏逆變器、變頻器、儲能設備、通信電源、服務器電源等。
因量程寬、高精度、靈敏度高、線性度好、規范易安裝、抗干擾能力強、質量可靠、平均無故障時間（MTBF）長等優點，霍爾電流傳感器深受各個領域用戶的信賴。
所謂霍爾傳感器是利用霍爾效應來檢測電流，當小電流通過一個置于磁場中的半導體薄片時，受到磁場作用發生偏轉，在控制電流的垂直方向的半導體兩側形成電壓差，該電勢差就是霍爾電壓。霍爾電壓與磁場強度和半導體內通過的控制電流成正比。根據這一關系設計的器件，通過恒定的控制電流，利用霍爾電壓的變化即可反應磁場強度的變化。而磁場可以由相應電流產生的，且磁場大小與電流有明確聯動關系，因此可以測量電流強度。
最近，國內高性能、高可靠性模擬芯片的研發設計企業蘇州納芯微電子股份有限公司（以下簡稱“納芯微”）推出了集成電流路徑的霍爾電流傳感器NSM201X系列產品，為客戶提供了更多的選擇。
NSM201X系列路標
什么是集成電流路徑呢？
通常，感應式電流檢測有兩種方式：一種是電流走IC外部，另一種是電流從IC內部流過。前者是將IC放在一定位置進行感應，如通過PCB布線走電流，把IC貼在PCB表面來感應電流；后者是將電流路徑集成在IC內，優勢是精度更高，體積更小，沒有裝配要求，市面上產品支持最大的峰值電流是±100A。因為散熱和封裝體積限制，太大的電流路徑無法集成。
納芯微推出的集成電流路徑的電流傳感器系列產品基于霍爾效應原理，采用隔離方式將峰值±100A以內的電流轉換成線性電壓輸出，同時利用差分霍爾對來消除共模磁場的影響，這種方式可以抑制40dB以上的共模磁場干擾。
四大特點應用眾多
NSM201X系列產品是高魯棒的霍爾傳感器，具有高可靠的隔離性能、高精密的信號調理，以高質量的品質管控生產，其主要特點包括：
特點一：高隔離性能
NSM201X寬體16腳版本封裝（NSM2011，NSM2013）的原副邊是隔離的，最大隔離工作電壓達1550Vpk，耐壓5000Vrms；浪涌絕緣耐壓大于10kV；爬電距離和電氣間隙滿足8mm要求。其注塑成型材料采用CTI1級別材料（CTI>600）。量產測試時對每顆芯片進行絕緣測試，以確保每顆芯片的絕緣安全性能。
NSM201X窄體SO8腳封裝（NSM2012）采用了先進的封裝技術提高了原邊電流和硅片芯之間的絕緣間距，耐壓3000Vrms，浪涌絕緣耐壓大于6kV。
NSM201X 同時滿足UL62368/EN62368安規認證和AEC - Q100可靠性標準。
NSM201X已通過TUV和UL認證
特點二：低導通阻抗
NSM201X寬體SOIC16腳版本的導通阻抗為0.85mOhm，窄體SOIC8腳版本提供1.2mOhm導通阻抗，具有良好的溫升特性, 導通阻抗基本和國外競品持平；芯片的散熱主要通過IC引腳將熱量傳導到PCB覆銅來實現，所以芯片的溫升很大程度取決于覆銅的散熱面積（Top和Bottom層）和覆銅的厚度。測試表明，在覆銅2盎司銅厚、面積為378平方毫米的相同條件下，NSM201X的溫升和競品基本相同。
NSM2011在評估板上35A電流時溫升表現
特點三：高精度
NSM201X具備高靈敏度、低零點誤差及良好的線性度（非線性度±0.2%）等特性，有助于降低器件的整體輸出誤差，在工作溫度范圍內最大總測量誤差±1.5%。
特點四：高兼容性
NSM201X引腳兼容市面上主流霍爾電流傳感器，支持5V和3.3V供電，且有直流輸入版本、交流輸入版本、可選比例輸出電壓版本和固定電壓輸出版本，以滿足不同使用場景需求。
NSM201x引腳圖
新產品適用于多種隔離電流采樣場合，如光伏組串式逆變器DC輸入側MPPT（最大功率點）跟蹤電流檢測；工業變頻器件中的母線電流及各橋臂電流采樣；UPS及服務器電源、充電樁中的隔離電流采樣。這些器件的AEC-Q100正在認證當中，之后將用于新能源車OBC、DC-DC的隔離電流采樣，以及空調熱管理系統中PTC加熱器的隔離電流采樣等。
三款產品各有特色
目前NSM201X系列主推型號有：NSM2011、NSM2012和NSM2013。
以NSM2011為例，它是基于霍爾原理、集成路徑電流的高精度傳感器，具有共模磁場抑制，隔離達5000V，導通電阻極低（0.85mΩ），減少了芯片的熱損耗。
它采用納芯微創新的隔離技術及信號調理設計，能夠在滿足高隔離等級的同時感測流過內部Busbar的電流。內部的差分霍爾對對外部雜散磁場有很強的抵御能力。
NSM2011通過感測流過芯片內部Busbar電流產生的磁場來間接檢測電流，對比同樣Shunt+隔離運放的電流采樣方式，省去了原邊供電且布局簡單方便，同時具有極高隔離耐壓及生命周期穩定性。
NSM2011支持比例輸出，NSM2013則支持固定輸出，固定模式方便客戶ADC差分采樣Vref以及Vout的電壓，以減少外部共模干擾（比如溫度等）。在高邊電流檢測應用中只需用一顆NSM2011即可達到1550Vpk工作電壓，無需加任何保護器件即可耐受10kV浪涌電壓和13kA浪涌電流。
由于NSM2011內部精確的溫度補償算法以及出廠精度校準，該電流傳感器在全溫度工作范圍都可以保持很好的精度，客戶無需做二次校準。
與NSM2011稍有不同，NSM2012是隔離達3000V的電流傳感器，導通電阻為1.2mΩ。在高邊電流檢測應用中只需用一顆NSM2012即可達到600Vpk工作電壓，無需加任何保護器件即可耐受6kV浪涌電壓。
在帶寬及快速響應時間方面，NSM2011為240kHz/2.2μs；NSM2012為400kHz/1.5μs；全溫度高精度電流測量方面，NSM2011誤差為±1.5%/零點誤差±10mV；NSM2012總輸出誤差為±2%/零點誤差±10mV。
典型應用場景
以NSM2011為例看看NSM201X系列產品的使用場景。
太陽能組串式逆變器：用在組串式逆變器DC輸入側，實現MPPT跟蹤的電流檢測，主要利用NSM2011的1550VDC工作耐壓和13kA（IEC61000-4-58μs / 20μs）雷擊浪涌沖擊耐受電流，以及0.85mOhm的導通電阻特性來滿足應用要求。
NSM201x在太陽能組串式逆變器中應用框圖
工業變頻器：主要解決客戶關心的絕緣耐壓和導通電阻問題，利用NSM2011的5000V@1min和NSM2012的3000V@1min絕緣耐壓，以及NSM2011的0.85mOhm和NSM2012的1.2mOhm導通電阻特性實現應用。
新能源車OBC：NSM2011用在OBC的PFC級的隔離電流采樣，利用NSM2011的1550VDC絕緣耐壓、0.85mOhm導通電阻和1.5%以內的高溫精度滿足客戶的設計要求。
NSM201x在車載充電器中應用框圖
新能源車PTC加熱器：NSM2011用在新能源車PTC加熱器。利用NSM2011的5000V@1min、3000V@1min絕緣耐壓以及0.85mOhm的導通電阻，實現PTC加熱器的隔離電流采樣。
其他使用場景：事實上，凡是可以利用NSM201X系列幾款產品特性的地方都可以用到，如通信電源、服務器電源，電梯驅動器，直流充電樁等場合，發揮其低導通阻抗、高精度、體積小，易于裝配的特點，實現高隔離性能的電流檢測，NSM201X系列的高兼容性也為用戶提供了更多的選擇。
跟進新興應用擴大市場份額
在市場需求的推動下，像納芯微這樣的車規級芯片提供商正在開發體積更小、具備高精度和快速響應的電流檢測解決方案方面發力追趕，以彌補我國高性能電檢測元件方面的空缺；與此同時，國產霍爾電流傳感器的量產也將有助于化解新能源車及其他行業缺芯的燃眉之急。
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