【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(diào)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(guī)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(guī)范易安裝、抗干擾能力強、質(zhì)量可靠、平均無故障時間（MTBF）長等優(yōu)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(fā)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(nèi)通過的控制電流成正比。根據(jù)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(chǎn)生的，且磁場大小與電流有明確聯(lián)動關系，因此可以測量電流強度。
最近，國內(nèi)高性能、高可靠性模擬芯片的研發(fā)設計企業(yè)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)，優(yōu)勢是精度更高，體積更小，沒有裝配要求，市面上產(chǎn)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(chǎn)品基于霍爾效應原理，采用隔離方式將峰值±100A以內(nèi)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(chǎn)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(diào)理，以高質(zhì)量的品質(zhì)管控生產(chǎn)，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(chǎn)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(guī)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(xiàn)，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(xiàn)
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(nèi)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(chǎn)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(yè)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(diào)熱管理系統(tǒng)中PTC加熱器的隔離電流采樣等。
三款產(chǎn)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(chuàng)新的隔離技術及信號調(diào)理設計，能夠在滿足高隔離等級的同時感測流過內(nèi)部Busbar的電流。內(nèi)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(nèi)部Busbar電流產(chǎn)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(wěn)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(nèi)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(chǎn)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(xiàn)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(yè)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(xiàn)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(nèi)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(xiàn)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(chǎn)品特性的地方都可以用到，如通信電源、服務器電源，電梯驅(qū)動器，直流充電樁等場合，發(fā)揮其低導通阻抗、高精度、體積小，易于裝配的特點，實現(xiàn)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(guī)級芯片提供商正在開發(fā)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(fā)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(chǎn)霍爾電流傳感器的量產(chǎn)也將有助于化解新能源車及其他行業(yè)缺芯的燃眉之急。
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