有一段時間，分流解決方案被視為傳感器技術中的安全選擇，但世界已經改變。拼湊廉價的分流架構的時代已經結束。隨著精度要求的不斷提高，傳統的分流解決方案在總解決方案成本急劇上漲的情況下失去了成本效益。

分流挑戰

分流設計師通常面臨平衡的挑戰，需要選擇正確的電阻器、運算放大器和實現拓撲結構的組合。設計一個準確且具有成本效益的基于分流的電流傳感解決方案需要大量的工程努力。

例如，在高壓系統中使用分流電阻器來測量高側電流時，需要一個隔離的運算放大器，這將使設計變得復雜并增加成本。隧道磁阻(TMR)架構簡化了電路設計，同時提供內置的電氣隔離。其結構提供了固有的隔離，因為芯片上的主動電路與模制封裝外部沒有電氣連接。

另一個關注點是供應鏈，這推動了滿足電流感應要求的新方法。供應鏈問題意味著像分流這樣的復雜架構會帶來重大風險。例如，許多用于分流解決方案的零漂運算放大器現在需要一年才能獲得。更多的零件意味著更多的問題可能出現，更多依賴于供應鏈，最終風險也更大。

TMR與分流

在基于分流的傳感中，一個小值的分流電阻器(通常小于一個歐姆)被串聯在負載中。根據歐姆定律，分流兩側的小電壓與負載的電流消耗成正比。隨著最大電流的增加，分流電阻值必須減小，以最小化由于發熱和溫度升高造成的過度功率損耗。

在許多情況下，這個小電壓必須被放大，以提供足夠的分辨率、信噪比和準確性(見圖1)。然而，低價的分流傳感器可能會遭遇功率損耗、由于溫度系數引起的溫度誤差和低輸出范圍。因此，一個好的電阻器和一個隔離的零漂運算放大器可能不再是最具成本效益或最簡單的解決方案。

在高性能應用中，分流在某些類別(帶寬)表現良好，而在其他類別(噪聲)表現較差(見圖2)。

TMR在隔離應用中也具有比基于分流的系統更簡單的架構(見圖3)。

設計考慮

歷史上，霍爾效應傳感被視為分流的替代方案，但由于溫度性能差、線性誤差和偏移誤差，它并不是一個可行的替代方案。以下是它們的比較。

磁性 - 霍爾效應

其操作依賴于霍爾效應，如圖4(a)所示，當電流(I)在施加的磁場(B)中流過導體時，會產生一個橫向的霍爾電壓(UH)，該電壓是電流、磁場、導體厚度和載流子密度的函數。

圖5顯示了一個典型的電動車(EV)或混合動力電動車(HEV)布置，其中分流器置于電池回流路徑中。分流電阻器是一個模塊的一部分，該模塊還包括一個電池管理IC，用于測量分流器兩端的電壓，并通過行業標準的CAN總線與車輛網絡進行通信。請注意，電流流動可以是正向或負向。

“理想”分流電阻器的電阻隨時間、電流或工作溫度不變;而現實設備并非如此。例如，任何電阻都會根據公式P = I2R消耗功率。隨著I的增加，溫度也會升高。在實際組件中，溫度的變化會導致R值的變化，這在電阻數據表中以溫度系數(TCR)表示。此外，組件老化會導致電阻隨時間變化，現實設備還會表現出寄生電感和電容。在低電流下，可能會由于熱電動勢(EMF)造成誤差——即由于分流電阻器上的溫度變化引起的微伏(μV)范圍內的電壓。

霍爾效應與分流電阻器

霍爾效應傳感器可以測量直流和交流電流，具有固有的電氣隔離、低功耗和與功率電子的熱解耦，但它們歷來的弱點包括：帶寬低;在溫度變化下輸出漂移和非線性;以及在高電流下自熱導致的過流能力低。磁芯表現出滯后，而飽和會導致非理想的偏移和線性特性。此外，磁芯導致體積和重量相對較大。

另一方面，分流電阻器系統可以具有高帶寬，并在過流條件下表現良好。它們也可以測量交流和直流電流。由于沒有磁芯，它們重量輕，不會發生飽和和滯后，并且對由電磁干擾(EMI)引起的信號噪聲不太敏感。基于分流的系統在電動車等應用中對振動更具魯棒性。

基于分流的傳感技術可以成為車輛和固定應用的高效解決方案。霍爾效應磁性組件有其適用之處，但在對廣泛溫度范圍內的精確性能要求較高的地方，基于分流的解決方案更為可取

圖6展示了基于分流的系統在溫度變化下的準確性與霍爾效應系統的比較。

TMR技術的優勢

TMR技術相對于分流電阻器(加上放大器和數字隔離器)和基于霍爾效應的傳感解決方案具有優勢，尤其是對于電池供電的系統。TMR還提供更低的功耗、更好的熱穩定性、更高的分辨率和更高的靈敏度。

令人驚訝的是，TMR提供的靈敏度比霍爾效應高出1000倍，同時僅消耗幾微安的電流。憑借其獨特的優點，TMR傳感器有潛力在大多數應用中取代霍爾效應傳感器。曾經使用霍爾基傳感器進行電流感應的工程師現在發現，它在準確性、帶寬、延遲和整體效率方面可以為他們的系統提供顯著的優勢。

相對霍爾和基于分流的解決方案的主要優勢包括：

高信噪比(電流傳感器中的5mA分辨率)

低功耗

溫度穩定性(低于40 ppm/°C)

可編程過流檢測和故障引腳，以向MCU提供電流信息

雙向傳感，測量正負電流

圖7展示了在相同應用條件下霍爾傳感器和TMR傳感器的波形比較。可以看到，TMR波形清晰且準確到峰值測量水平，而霍爾傳感器提供了噪聲信號，測量準確性較低。

TMR技術的關鍵要點

TMR對溫度變化的敏感性較低，具有低功耗、高信噪比、更好的線性度，并且不需要額外的磁通聚集器結構。TMR傳感器的輸出比霍爾元件高出1000倍。

雖然分流在需要高精度時優于霍爾效應，但基于分流的電流傳感器往往會遭遇共模抑制比(CMRR)誤差。無核心的TMR電流傳感器不僅尺寸更小、設計更簡單，還提供99%的對雜散磁場的免疫，顯著提高了準確性。而使用分流電阻器時，仍需要在精度、功耗和可能在非常低電壓下不被接受的電壓降之間進行權衡。最后，分流和霍爾效應的復雜架構可能意味著供應鏈問題，從而導致重大風險。