電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）隨著電動汽車、儲能等行業(yè)的快速發(fā)展，對于電流檢測的需求也在日益提升。不過針對這些場景，更多使用的是通過霍爾效應(yīng)傳感器、分流電阻、電流互感器（CTs）和羅氏線圈（Rogowski coils）等傳感器來完成的。

而在某些需要極端精度的電流測量場合，或者當(dāng)電源系統(tǒng)處于高干擾磁場環(huán)境中時，磁通門傳感器的高精度和抗干擾能力可能使其成為一個有價值的選擇。并且隨著開環(huán)磁通門傳感器的普及，成本下降之后，有望讓其在電源設(shè)計中占有一席之地。

昂貴的磁通門傳感器

在如今的電氣設(shè)備中，電流傳感器非常重要，這種傳感器能夠感受到被測電流的信息，并將這些信息按一定規(guī)律變換成符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號或其他形式的信息輸出。電流傳感器根據(jù)不同的應(yīng)用場景和技術(shù)需求，發(fā)展出了多種類型，包括霍爾傳感器、分流電阻、電流互感器以及磁通門等。

通常而言，在電源設(shè)計中，霍爾效應(yīng)傳感器因其簡單性、成本效益和適應(yīng)性而更常被用作電流傳感器?；魻杺鞲衅髂軌蛑苯訙y量電流引起的磁場，無需復(fù)雜的信號處理，同時提供良好的隔離和安全性能。此外，霍爾傳感器的響應(yīng)速度快，適用于高頻開關(guān)電源中的電流監(jiān)控。

而磁通門傳感器在某些需要極端精度和靈敏度的電流測量應(yīng)用中可能會被使用，例如在需要高精度電流檢測的高端電源管理系統(tǒng)中，但在電源設(shè)計中甚少用到，原因在于其昂貴的成本。

比如根據(jù)近期市場中的一些公開數(shù)據(jù)，一個交直流零磁通門互感器的價格大約為680元人民幣，而一個閉環(huán)磁通門互感器的價格約為75元人民幣。而普通的霍爾傳感器價格大概在幾毛錢到數(shù)百元不等，這意味著即使是低端的磁通門傳感器，其成本也可能比霍爾傳感器高很多倍。

高昂的成本一方面在于磁通門傳感器的核心部件為高導(dǎo)磁率的磁芯，通常由特殊的磁性材料制成，如超磁致伸縮合金（如Metglas、Permalloy等）。這些材料具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力，但成本也相對較高。

同時磁通門傳感器需要精確的磁路設(shè)計和信號處理電路，尤其是閉環(huán)磁通門傳感器，它們包含了一個反饋控制回路，用以保持磁芯在未飽和狀態(tài)。閉環(huán)系統(tǒng)需要額外的硬件和復(fù)雜的信號處理算法，增加了設(shè)計和制造的復(fù)雜度和成本。

當(dāng)然，如果使用開環(huán)磁通門傳感器設(shè)計的話，由于沒有閉環(huán)控制系統(tǒng)，它們直接檢測磁芯的磁化狀態(tài)變化，然后將其轉(zhuǎn)換成電信號。這種簡化的設(shè)計減少了所需組件的數(shù)量，降低了信號處理的復(fù)雜性，因此通常具有較低的生產(chǎn)成本。

不過即便是開環(huán)的磁通門傳感器，成本上仍然不會太低，例如一個低成本的開環(huán)磁通門電流傳感器可能在人民幣50元至200元之間，而高性能的開環(huán)磁通門傳感器，具備更高的精度和更寬的動態(tài)范圍，可能達到人民幣500元至2000元或更多。

開環(huán)磁通門傳感器存在發(fā)展?jié)摿?/strong>

從技術(shù)上來看，開環(huán)磁通門傳感器具有低零漂和偏溫漂的特點，因為磁芯處于交變的B-H磁場中，避免了磁通門在磁路中的磁偏移。這使得它們在小電流測量中具有很高的精度，尤其是在動態(tài)特性和高分辨率方面表現(xiàn)優(yōu)異。

通過Comsol仿真分析，開環(huán)磁通門電流傳感器的集磁環(huán)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)實驗驗證，磁環(huán)可將電流測量靈敏度提高15.4倍，頻率可達6.7 kHz，可滿足交直流復(fù)雜漏電流檢測。

這意味著開環(huán)磁通門傳感器可以用于測量各種交流、直流、脈沖和復(fù)雜信號。它們在工業(yè)領(lǐng)域，如驅(qū)動器、電源、電源故障檢測、新能源、光伏陣列側(cè)的人體接觸保護等方面有廣泛應(yīng)用。

比如，可以使用開環(huán)磁通門傳感器的±100A匯流條電流傳感器參考設(shè)計，提供了高達±100A的非侵入式（隔離式和無損耗）電流測量解決方案，適用于BMS、交流驅(qū)動器控制模塊、伺服驅(qū)動器控制模塊等應(yīng)用。

目前市場中也有不少企業(yè)推出了相應(yīng)的磁通門傳感器產(chǎn)品。如TI的TIPD205參考設(shè)計就使用開環(huán)磁通門傳感器來精確測量高達100A的直流、交流和脈沖電流。而DRV425是一款專為單軸磁場感測設(shè)計的磁通門磁場傳感器，適用于電氣隔離式高靈敏度精密直流和交流磁場測量。該傳感器具有低偏移、低漂移、低噪聲特性，廣泛應(yīng)用于母線電流感測、走線電流感測、太陽能逆變器等領(lǐng)域。

還有如LEM的CAB系列磁通門電流傳感器專為電動汽車和混合動力汽車的電池包電流測量設(shè)計。例如，CAB-SF 1500-001型號，額定值為1500A，測量范圍為1500A，適用于開環(huán)磁通門應(yīng)用，具有高精度和寬溫度范圍的特點。

而國內(nèi)的開環(huán)磁通門產(chǎn)品則仍處于發(fā)展階段，好消息是福州物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室在2023年底發(fā)布了自主研發(fā)的C01/C02/C03三個系列共12種型號的磁通門電流傳感器，這標(biāo)志著中國在磁通門傳感器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國產(chǎn)化替代，擺脫了對進口產(chǎn)品的依賴，構(gòu)建了自主可控、安全可靠的國內(nèi)生產(chǎn)供應(yīng)體系。

此外，芯進電子在2024年推出了國內(nèi)首顆研發(fā)并量產(chǎn)的磁通門高精度閉環(huán)電流傳感器IC CC6836，雖然這是閉環(huán)版本，但它也反映了國內(nèi)企業(yè)在磁通門傳感器技術(shù)上的進步和成熟。

開環(huán)磁通門傳感器在精度、溫度漂移、帶寬和響應(yīng)時間等方面的表現(xiàn)越來越受到重視。其高精度和低漂移特性使其在高精度測量領(lǐng)域具有很大的潛力，并隨著電動汽車和儲能技術(shù)的發(fā)展，市場對高精度、高可靠性的電流測量需求確實在增加，這為開環(huán)磁通門傳感器提供了一個潛在的增長機會。不過想要真正成為市場中的主流，還需要在實際應(yīng)用中持續(xù)證明其價值，并且在與傳統(tǒng)傳感器的競爭中顯示出明顯的競爭優(yōu)勢。

小結(jié)

依靠更簡單的設(shè)計，以及相對閉環(huán)磁通門更低的成本，加上其高精度、低漂移和高靈敏度的特性。如果能夠再滿足電動汽車、儲能系統(tǒng)、可再生能源和自動化領(lǐng)域，對高精度、高穩(wěn)定性和高效率的電流傳感器有著巨大的需求，那么開環(huán)磁通門傳感器未來可期。