磁傳感是一項重要的現(xiàn)代傳感技術。它不僅可以提高位置傳感和電流傳感應用的性能，還能縮小產(chǎn)品尺寸并降低成本。

對于位置傳感，磁傳感器提供了一種非接觸式的解決方案，這減小了系統(tǒng)尺寸，降低了系統(tǒng)復雜性和維護量，因此是汽車、機器人和工業(yè)自動化等應用的理想選擇；

對于電流傳感，磁傳感器則通過固有電流隔離確保了安全、精確的測量，它尤其適用于太陽能、變速驅動器、電動汽車充電和電機控制等大功率應用。

隨著各行各業(yè)對更小、更精確的抗干擾傳感器的需求不斷增加，差分傳感對于在雜散磁場無可避免的環(huán)境中提升傳感器精度至關重要。

MPS 位置傳感器產(chǎn)品，如 MA900 和 MAQ79010FS，就利用差分傳感技術實現(xiàn)了關鍵應用精度與可靠性的提升！

01、磁傳感精度的重要性

汽車、機器人、航空航天和醫(yī)療等行業(yè)對傳感解決方案的精度要求越來越高。精確的測量對于實現(xiàn)高安全性和高效率也愈加重要。尤其是在電動汽車（EV）等應用中，精確的電流傳感對電池管理和電機驅動十分關鍵，即使是微小的誤差也可能導致效率低下甚至系統(tǒng)故障。隨著系統(tǒng)復雜性越來越高，對精度的要求也越來越嚴格，有些應用甚至要求亞度級的角度傳感精度和 1% 至 2% 的電流傳感精度。

滿足這些標準是極具挑戰(zhàn)性的，因為提高靈敏度會使傳感器更易受到噪聲的影響。此時就需要用到差分傳感、噪聲消除和屏蔽改進等技術。溫度的穩(wěn)定性也很重要，比如在汽車應用中，傳感器讀數(shù)會隨著溫度的變化而漂移。此外，隨著傳感器越來越小以適應緊湊型系統(tǒng)集成，要在不受干擾的情況下保持精度也越來越難。尤其是在消費電子產(chǎn)品中，在高性能與成本控制之間取得平衡成為一項關鍵挑戰(zhàn)。

02、磁傳感中的干擾源

磁傳感器很容易受自然和人為外部磁場的干擾。甚至地球磁場都可能帶來干擾，使高精度應用中的測量讀數(shù)失真。此外，電機定子的漏磁通也會干擾附近的傳感器，因此需要屏蔽或差分傳感。如果傳感器附近存在鐵磁材料，磁場將會被進一步扭曲，并導致測量精度下降。

在大電流系統(tǒng)中，磁傳感的其他干擾源還包括電感和變壓器等載流元件產(chǎn)生的磁場。多相電機中鄰相目標磁體間也可能相互干擾，從而產(chǎn)生噪聲并使位置傳感復雜化。

03、差分傳感拓撲

差分傳感通過消除磁場共模干擾來提高磁傳感器的精度，這種拓撲結構在外部磁場和噪聲嚴重的環(huán)境中非常有效。其設計通過兩個或多個傳感元件（例如平面霍爾元件或 TMR 元件）測量不同點的磁場，消除外部來源（例如電機或雜散場）的干擾，并聚焦于目標信號。

差分傳感的益處包括：

● 消除對兩個傳感器產(chǎn)生均等影響的外部場干擾；

● 提升信號保真度，聚焦目標磁信號以實現(xiàn)精確的測量；

● 提高精度，在汽車和工業(yè)等應用中提供精確的讀數(shù)。

1、差分傳感的實現(xiàn)

在電流傳感應用中，在載流導體兩側放置兩個霍爾效應傳感器用于檢測磁場，同時消除外部干擾。差分傳感可確保精確的電流測量（尤其是在電動汽車電池系統(tǒng)或電機控制等復雜的電磁環(huán)境中），同時提高效率和安全性。

在位置傳感應用中，差分拓撲可用于比較不同點的磁場，從而過濾干擾。但需注意，差分傳感器需要與目標磁體同軸對齊，因為離軸磁體也被視為干擾場。

除了上述方法外，還可以將多個霍爾元件集成在單個芯片上，以對稱方式測量導體周圍的磁場，從而提高精度并使傳感器在高 EMI 環(huán)境中有效工作。對需要高精度和高可靠性的應用而言，霍爾元件是理想的選擇。

2、差分傳感的應用

對于需要在復雜電磁環(huán)境中實現(xiàn)精確位置傳感的應用，差分檢測十分必要。例如，在汽車油門控制應用中，采用差分檢測的磁性位置傳感器可以消除發(fā)動機組件或外部磁源的干擾，確保精確的油門讀數(shù)。在電動助力轉向系統(tǒng)中，差分傳感器可以通過檢測轉向柱上的磁體位置精確反饋轉向角度，并且不受外部噪聲的影響。此外，機器人技術也受益于此，即使在強電磁干擾環(huán)境中，差分位置傳感器也能精確檢測關節(jié)或運動部件的位置。

MPS 傳感器MA900 和 MAQ79010 采用該項技術在汽車和工業(yè)應用中提供精確可靠的位置檢測。

圖 1 所示為 MA900 的典型應用。

圖 1：MA900 的典型應用

對于電流傳感應用，在大電流、強噪聲環(huán)境中，差分電流傳感更加必要。例如在電動汽車或可再生能源系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）中，差分電流傳感器可監(jiān)測電池電流，實現(xiàn)高效能源管理。在電機控制系統(tǒng)中，這些傳感器通過提供精確的電流測量來確保安全高效的運行，即使存在電機噪聲也沒有影響。同樣，在大型機器會產(chǎn)生嚴重電磁干擾（EMI）的工業(yè)自動化應用中，MPS 電流傳感器也能提供精確的電流讀數(shù)。

04、位置傳感的權衡與局限

差分位置傳感器需要與目標磁體精確同軸對準，才能獲得精確的讀數(shù)。離軸放置情況下，磁體磁場會被誤解為干擾，因而差分位置傳感器在抗干擾的同時犧牲了位置設計的靈活性。

不均勻的外干擾磁場，如梯度磁場，會影響差分傳感精度，因為這種不均勻性無法被差分檢測抵消。在具有多個磁體或非均勻磁源環(huán)境中需要特別注意這個問題，解決的方法是在梯度最小的區(qū)域放置傳感器或進行系統(tǒng)校準。

05、電流傳感的權衡與局限

與位置傳感不同，差分電流傳感不需要磁鐵配合、不存在位置的選取，只需要把電流傳感器原邊串入待測電流的回路，所以不存在應用方面的權衡。電流傳感器的差分要求更仔細的 IC 設計，通過內(nèi)部設計，實現(xiàn)精確檢測載流導體周圍的磁場，且抵消外部磁場的干擾。

電流傳感需要考量的關鍵因素包括：電流量程、原邊電阻（影響功耗和溫升）、精度的溫漂，以及帶寬和傳輸延時。MPS 目前全系列電流傳感器都是基于差分原理的，可根據(jù)實際的需求進行選型。

06、用例說明

1、汽車應用

磁傳感是電動汽車和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）創(chuàng)新的關鍵。差分傳感器是在這類應用中提高精確性和可靠性的重要器件。

● 在電動助力轉向（EPS）系統(tǒng)中，MA900 等傳感器能夠以亞度級精度測量轉向角，從而確保順滑的控制；

● 在電池管理系統(tǒng)（BMS）中，電流傳感器能夠以高精度監(jiān)控充電和放電過程，即使環(huán)境嘈雜也不受干擾；

● 在牽引電機控制系統(tǒng)中，差分電流傳感器可提供實時電流測量，從而優(yōu)化電動汽車的電機效率和安全性。

汽車應用中的差分傳感器能夠提升系統(tǒng)控制能力、延長電池壽命，可以在嘈雜的環(huán)境中可靠運行，以及保證在低功耗模式下的高效性能、延長電動汽車的行駛里程。

2、消費類（低功耗）應用

消費電子產(chǎn)品對緊湊型、低功耗的傳感器需求也日益增長，MPS 差分傳感器是滿足這些需求的絕佳解決方案，常見的應用有：

● 游戲手柄和搖桿；

● 智能手表和健身追蹤器等可穿戴設備中的旋鈕檢測；

● 家庭自動化領域中，智能鎖和監(jiān)控攝像頭的角度檢測。

在低功耗的消費類應用中，差分傳感器作為一種節(jié)能傳感器不僅可延長器件電池壽命，緊湊的外形還可在空間受限設備中實現(xiàn)更小的設計。且磁傳感是一種非接觸式傳感方式，不存在機械損耗，能使產(chǎn)品具有更長的使用壽命。

3、醫(yī)療應用

差分傳感器在要求很高的醫(yī)療環(huán)境中也可提供高精度和高可靠性：

● 在具有強磁場的磁共振成像儀（MRI）中，差分傳感器也能夠提供精確的電流傳感；

● 在假肢和可穿戴設備中，差分傳感器能夠以高精度控制并監(jiān)測運動和康復鍛煉；

● 在手術機器人應用中，在多軸緊密靠近的情況下，差分傳感器仍可具備亞毫米級的定位能力。

07、新興技術

磁傳感技術正在快速發(fā)展，以滿足汽車、醫(yī)療和消費電子等領域對精度、效率和適應性日益增長的需求。下面列出了磁傳感技術的一些重大進步：

● 更高精度和分辨率的角度傳感器，以滿足各種不斷提升的應用需求，如自動駕駛應用；

● 能夠檢測多軸（X、Y 和 Z）磁場強度的傳感器，從而適配更復雜的應用，例如機器人和增強現(xiàn)實（AR）中的 3D 定位；

● 具有更高靈敏度和更低固有噪聲的隧道磁阻（TMR）等新型磁傳感器技術，可以將精度和帶寬提升到新的高度。

08、行業(yè)趨勢

對精確磁傳感的需求是應用復雜性不斷增加的直接結果。例如在汽車行業(yè)，自動駕駛汽車和 ADAS 依靠精確的磁傳感器來實現(xiàn)車道保持并避免碰撞；在醫(yī)療領域，MRI 儀器和機器人手術系統(tǒng)需要高精度以確保安全性和治療效果；工業(yè)自動化領域的機械臂和傳送系統(tǒng)也需要精確感應，從而提高效率并減少誤差。

微型化和成本降低的需求推動了磁傳感技術的進一步創(chuàng)新。尺寸更小的傳感器能夠被集成到緊湊型系統(tǒng)（例如可穿戴設備和無人機）中，同時又不犧牲精度。對于醫(yī)療可穿戴設備和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)等設備，節(jié)能傳感器在延長電池壽命方面起到了關鍵的作用，并進一步推動了低功耗設計方面的創(chuàng)新。

結語

對于外部磁場干擾會影響精度和性能的汽車、工業(yè)自動化和醫(yī)療設備等行業(yè)來說，磁傳感技術非常重要。

MPS 位置傳感器（例如 MA900 和 MAQ79010FS）和電流傳感器中應用了差分傳感拓撲結構，可消除共模噪聲并確保器件可靠、高精度的運行。

未來，降噪、小型化和材料科學方面的進步將進一步推動磁傳感技術的創(chuàng)新，從而滿足對傳感器精度更高、功耗更低和尺寸更小的需求。從電動汽車到醫(yī)療可穿戴設備，磁傳感器在這些應用中將變得越來越重要。

審核編輯 黃宇