AKM在電流傳感器領域的發展

如今，在電力電子系統或設備中，電流傳感器無處不在，被譽為“電路穩定運行的衛兵”，通過電流傳感器檢測電流，實現監測電力、控制電機、以及檢測系統過流進而實現保護機制。近幾年，尤其隨著工廠物聯網（IoT）化、汽車電動化浪潮的蔓延，電流傳感器的作用變得越來越重要。如何高效、精確地控制、監測和保護需要長時間運轉的系統并不容易，因此也對電流傳感器提出各種各樣的需求，包括更高的精度、靈敏度，更低的發熱，以及更小的尺寸等等……

在電流傳感器領域，旭化成微電子（Asahi Kasei Microdevices Corporation，簡稱“AKM”）是全球知名企業，在技術創新和產品聚焦方面都代表了該領域的大勢和走向。那么，AKM的電流傳感器欲引領市場發展的底氣是什么？面對新需求有哪些創新？在應用場景方面有何拓展與聚焦？對于這些問題，集微網近日與旭化成電子科技（上海）有限公司市場開拓課高級經理兼技術專家江華進行了一場面對面交流，并從中深刻了解到AKM在電流傳感器領域的深厚積淀與創新方向。

在激烈市場競爭中取勝的信心和底氣，擁有電流傳感器全產業鏈能力

固然，現有電流檢測的類型較多，包括分流電阻+絕緣放大器/絕緣ADC、ACCT、帶磁芯的電流傳感器、無磁芯霍爾電流傳感器等。但其中，霍爾電流傳感器又因其響應速度快、測量范圍廣、工作頻帶寬、可靠性高、體積小、重量輕、易于安裝等一眾優點在市場中廣泛滲透。

AKM在霍爾元件行業擁有近40年的歷史，已獲得多項專利，為眾多客戶所采用?；贏KM在霍爾元件領域的深厚積淀，其電流傳感器產品自然也“出身不凡”。這從AKM無磁芯霍爾電流傳感器“Currentier”的命名上也可見一斑，“Currentier”是Current （電流）+ Frontier（先驅者）的首創詞，AKM這樣命名的靈感正是源自于其所擁有的高性能，其集尺寸小，無磁滯，貼片裝，發熱低，精度高，無需外接零部件，易于使用的優點于一身，一直力爭電流傳感器界的引領者地位。

談及AKM電流傳感器技術與產品欲引領市場發展背后的底氣，江華表示：“不同于Fabless形式，我們掌握了電流傳感器整個產業鏈的技術，從化工原料的生產、提純，到制造產品的晶圓、光刻，以及設計，還有后續的封裝。這一全產業鏈的能力不僅保障了公司在技術與產品方面的領先與不斷迭代，而且還能保持高性價比?！?/p>

技術發展的秘訣，材料與封裝持續創新

如上所言，現階段電流傳感器的作用日益重要，終端應用市場也對其提出了更高的要求，如小型化、高靈敏度以及低發熱、優秀的絕緣性。而AKM通過在霍爾元件中摸索出的化合物半導體材料技術，以及先進的封裝技術等，能很好滿足業界的需求，江華強調道。

尤為值得一提的是，AKM的電流傳感器使用砷化銦（InAs）化合物半導體材料，在靈敏度和溫度特性上有很好的平衡。高靈敏度霍爾元件砷化銦是AKM獨創的化合物半導體技術，將其應用至電流傳感器中，使得在產品分辨率和響應速度方面的優勢十分明顯。江華分享道，與使用硅（Si）材料的一般電流傳感器相比，砷化銦化合物半導體的電子遷移率大約是硅半導體的24倍，因此能夠擁有更大的靈敏度，在更遠的距離下也能檢測磁場的變化。

不僅如此，采用砷化銦霍爾元件的電流傳感器能更好地處理大電流。因為硅霍爾元件靈敏度低，為了彌補這一弱點，需要采取減小初級導體寬度以增加磁場強度和增加校正IC的增益等措施。而減小初級導體截面積的代價是初級導體的電阻值變高，甚至比帶磁芯電流傳感器更高，導致容易發熱，難以處理大電流，能夠通過的有效電流值被限制在40Arms左右。

另一方面，AKM電流傳感器在封裝技術領域取得專利的絕緣結構，不僅能確保其絕佳的絕緣性，還能保持“小且薄”的封裝尺寸。

無磁芯電流傳感器封裝的作用是，產生磁場和確保絕緣性。一般而言，普通的無磁芯電流傳感器的封裝內部，一次側和二次側的絕緣是通過絕緣膜來實現的，在封裝外部，絕緣性能則通過保證初級導體和次級側端子之間的爬電距離和電氣間隙來實現。在這種結構中，沿初級導體（高壓側）—絕緣膜—ASIC（低壓側）的路徑存在爬電，如果絕緣膜和封裝樹脂之間存在間隙，則可能發生介電擊穿。

而在AKM電流傳感器的專利結構中，高壓側的一次導體和低壓側的ASIC/霍爾元件之間沒有物理接觸，這之間填充了一種絕緣封裝樹脂。同時，這一結構在封裝內部沒有爬電，實現了高度絕緣，封裝外部爬電距離/電氣間隙在8mm以上，可實現400V加強絕緣。另外，AKM電流傳感器采用小型表面安裝的封裝技術，且因為沒有芯材，所以能將厚度做薄。

新一代產品將推出，滿足電動汽車高壓驅動平臺的需求

從模組到集成IC，AKM的電流傳感器在不斷迭代，如今擁有高性能的豐富產品陣容。江華表示，為滿足當今市場的多元化、多場景需求，AKM已重點推出CZ37電流傳感器系列，能支持40Arms到100Arms的電流范圍，應用于電動汽車快速充電樁、組合式空調、通用變頻器、光伏功率調節器、UPS等領域，新一代電流傳感器也即將推出，重點聚焦電動汽車車載充電器（OBC）應用。

AKM深入電動汽車領域，最大的原因當然是汽車電動化已在全球范圍內占據主導地位，且趨勢還在不斷加速。而在電動汽車充電過程中，需要用OBC進行交直流電的轉換，轉換的過程中會用到DC-DC轉換器，而在DC-DC上必須要進行電流的檢測，因此電流傳感器不可或缺。

更為關鍵的是，AKM十分看重使用化合物半導體技術的電流傳感器在電動汽車中的應用。江華解釋到，近兩年，為緩解消費者的續航里程焦慮，并實現快速補能的需求，絕大多數的主流車企開始選擇高壓快充方案，并將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，特別是800V高壓快充，已經被越來越多的整車廠提上日程。伴隨電動汽車平臺正在向800V等高壓系統轉變，功率電子系統中，SiC-MOSFET或GaN-MOSFET正在被廣泛應用。

隨著功率電子從Si切換為SiC或GaN，電力容量變得更大，開關頻率也變得更高，這就需要電流傳感器具有更寬廣的電流測量范圍以及更高的靈敏度。例如，在使用SiC功率器件的OBC中，由于驅動范圍的擴大，內部會流過100 Apeak以上的峰值電流，但此時Si的電流傳感器難以處理大電流，而且Si的電流傳感器電子遷移率慢，靈敏度低，很難及時響應開關的高頻率。因此，電流傳感器的半導體材料也需要隨著電動汽車驅動系統半導體材料的選擇而變化。

江華還指出，系統設計人員在涉及SiC或GaN功率器件的產品開發中，會使用更高的電壓和更大的電流，因此設計需要做好絕緣并使用低發熱的電流傳感器。這些特性在任何系統設計中都是不可避免的。采用擁有UL規格認證的絕緣性好且發熱低的電流傳感器，不僅有助于開發更安全的產品，還可以在不花費設計人員大量時間的前提下完成系統的小型化設計。

而AKM新一代電流傳感器可以說是“一劑良方”，正好能滿足搭載SiC和GaN功率器件的系統控制的以上性能要求，毫無疑問將成為未來的大勢所趨。

審核編輯：彭菁