Sensor TMR Kecil Mengubah Pengukuran Arus: Presisi Tinggi, Daya Rendah, dan Desain Kompak

Saat ini, berbagai teknologi dapat mengubah medan magnet menjadi tegangan proporsional, memungkinkan aplikasi yang beragam dari enkoder magnetik hingga pengukuran arus.

Efek Hall, ditemukan oleh Edwin Hall pada 1879, telah lama mendukung sensor magnetik solid-state. Namun, keterbatasannya—daya tarik yang lebih tinggi, sensitivitas yang terbatas, dan biaya—telah mendorong pencarian alternatif yang lebih efisien.

Masuk magnetoresistance (MR), fenomena di mana resistansi materi berubah di bawah medan magnet. Efek MR bervariasi dengan magnetisasi internal materi, menawarkan jalur baru untuk desain sensor.

Turunan terobasan dari MR adalah tunnel magnetoresistance (TMR). Ditemukan oleh Profesor Terunobu Miyazaki pada tahun 1990-an, sensor TMR terdiri dari dua lapis ferromagnetis yang dipisahkan oleh lapisan isolasi tipis nanometer. Magnetisasi lapisan selaras, resistansi menurun; saat berlawanan, resistansi naik—efek mekanika kuantum yang elegan.

Gambar 1: Juntion TMR yang terdiri dari dua ferromagnet dan lapisan tunnel (Sumber: Crocus Technology)

Crocus Technology

Crocus Technology memanfaatkan platform XtremeSense TMR yang dipatenkan untuk menyediakan sensor magnetik untuk elektronik industri dan konsumen. Keluarga XtremeSense mencakup switch dan sensor arus terintegrasi yang unggul dalam performa dan jejak.

Keuntungan utama XtremeSense TMR meliputi:

• Rasio sinyal-ke-bising yang luar biasa—resolusi 5-mA dalam pengukuran arus.
• Daya ultrarendah—110 nA dalam mode switch.
• Stabilitas suhu yang kokoh—< 40 ppm/°C.

“Permintaan akan pengukuran arus yang cepat, akurat, dan latensi rendah semakin meningkat—terutama dalam arsitektur elektronika daya,” kata Tim Kaske, Vice President Penjualan dan Pemasaran Crocus.

Sensor TMR secara alami cocok untuk peran sensor arus. Resistansinya bervariasi dengan medan magnet di sekitarnya, dan ketika dipadukan dengan sirkuit CMOS modern, mereka menyediakan pengukuran dengan SNR tinggi, linier, dan stabil termal—ideal untuk aplikasi kontak dan non-kontak.

Kasus Penggunaan Sensor TMR

Koreksi faktor daya (PFC) adalah teknologi kritis dalam supply listrik, diwajibkan oleh standar seperti EN 61000-3-2. Tahap PFC meningkatkan kemampuan arus beban sambil menekan harmonik AC, menghasilkan arus yang bersih dan dalam fasa.

Kaske mengatakan, “Kami menargetkan CCM totem-pole PFC dengan MOSFET GaN—bidang yang telah sedikit berkembang dalam satu dekade. Kontroler baru sekarang mendukung arsitektur ini, membuka pintu untuk charger EV, komputasi, dan data center.”

Sensing arus berbasis shunt tradisional memperkenalkan keterbatasan—ukuran, kerugian daya, dan keterbatasan bandwidth. Solusi TMR dapat menyusutkan jejak PCB menjadi separuh atau separuh dari sambil memberikan akurasi, bandwidth, dan latensi yang superior.

“Insinyur yang telah bergantung pada sensor Hall sekarang melihat bagaimana TMR menawarkan lompatan performa di seluruh akurasi, bandwidth, dan efisiensi,” tambah Kaske.

Diagram blok tahap PFC aktif standar diikuti dalam Gambar 2. Jembatan dioda mengubah input AC menjadi DC, dan pre-converter (biasanya boost) menarik arus sinusidal dari jaringan listrik, menghasilkan output DC.

Gambar 2: Diagram tahap PFC aktif tipikal (Sumber: Crocus Technology)

CCM totem-pole PFC yang digambarkan dalam Gambar 3 menggunakan dua MOSFET GaN (S1 & S2) dalam half-bridge frekuensi tinggi, sementara S3 dan S4 menangani switching sinkron frekuensi garis. Manfaatnya—efisiensi tinggi, kerugian rendah, dan pengurangan jumlah komponen—membuatnya menarik untuk sistem daya modern. Desain ini memerlukan sensor arus yang dapat menangkap transient cepat untuk mencegah kegagalan bertingkat, menggunakan satu sensor bidirectional untuk memantau kedua setengah siklus.

Gambar 3: CCM totem-pole PFC (Sumber: Crocus Technology)

Menurut Crocus, sensor TMR XtremeSense adalah pilihan ideal untuk aplikasi ini, menawarkan:

• SNR tinggi dan output bersih ke pengontrol.
• Kerugian konduksi minimal.
• Bandwidth 1 MHz, delay fasa rendah, dan waktu rise 300 ns untuk pengukuran cepat.
• Deteksi over-current yang dapat diprogram dan pin fault untuk integrasi MCU.
• Sensing bidirectional arus positif dan negatif.
• Isolasi 5 kV untuk keselamatan.

“Energi surya adalah lahan subur lainnya,” kata Kaske. “Transformer arus menyediakan isolasi dan keselamatan, tetapi TMR dapat bersaing—menawarkan isolasi yang sebanding dengan akurasi yang lebih tinggi.”

> Artikel ini awalnya dipubliker di situs kami yang serupa, Power Electronics News.

Konten Terkait:

• Dasar-dasar sensor magnetik digital
• Sensing magnetik 3D membantu kontrol otomotif
• Infineon meluncurkan sensor magnetik pertama berbasis teknologi TMR
• Sensor efek Hall mendukung aplikasi industri real-time
• Menyediakan daya yang andal pada perangkat medis beroperasi baterai
• Sensor Hall menargetkan sistem otomotif yang kritis keselamatan

Untuk lebih banyak Embedded, langganan newsletter email harian Embedded.