TDK CUR 3020: senzor Hall de curent cu bandă de 500 kHz pentru invertoarele de putere

Pe 15 octombrie 2026, TDK a anunțat Micronas CUR 3020, un senzor Hall liniar, programabil, făcut pentru un singur montaj: în întrefierul unui concentrator magnetic de tip C-core, prin care trece conductorul al cărui curent vrei să-l măsori. Banda se alege între 250 și 500 kHz, iar la 500 kHz timpul de răspuns tipic este de 0,86 µs. Ținta sunt invertoarele de tracțiune ale vehiculelor electrice, sistemele de baterie și modulele industriale de senzori de curent. Plachetele de siliciu sunt fabricate în fabrica proprie TDK din Freiburg, în Germania, iar mostrele sunt disponibile la cerere. Sursa: comunicatul TDK-Micronas.

Pe lângă comunicat, TDK a publicat o pagină de produs, cu schema bloc, și o fișă de prezentare de două pagini. Fișa tehnică completă nu este publică: manualul se descarcă din portalul de service Micronas, iar ghidul de programare se trimite la cerere. Articolul verifică rezumatul care circulă despre lansare, explică de ce un senzor Hall are nevoie de un miez cu întrefier și transformă cifrele din comunicat în amperi, pe un exemplu de calcul.

Cifrele principale

Valorile sunt din tabelul comunicatului și din pagina de produs. TDK precizează că toți parametrii trebuie validați pentru fiecare aplicație.

Verificarea afirmațiilor

Rezumatul care circulă spune: pe 15 octombrie, TDK-Micronas a lansat CUR 3020, un circuit integrat pentru măsurarea curentului prin concentratoare magnetice C-core, cu bandă programabilă de 250/500 kHz și timp de răspuns tipic de 0,86 µs la 500 kHz, destinat convertoarelor și invertoarelor de mare putere, cu compensare prin EEPROM, diagnosticare integrată și calificare AEC-Q100 Grade 0.

• „Lansat pe 15 octombrie”. Confirmat ca anunț. Deocamdată TDK oferă doar mostre la cerere și nu dă preț sau o dată pentru producția de serie.
• „Circuit integrat pentru măsurarea curentului prin concentratoare C-core”. Corect, cu o precizare importantă: CUR 3020 măsoară câmpul magnetic, nu curentul. Ieșirea lui este proporțională cu inducția, în mV/mT. Câți militesla produce un amper decid miezul și întrefierul, adică modulul construit în jurul cipului.
• „Bandă programabilă de 250/500 kHz”. Confirmat.
• „Timp de răspuns tipic de 0,86 µs la 500 kHz”. Confirmat. Rezumatul omite maximul, de 1,5 µs. Comunicatul nu spune nici cum este definit timpul de răspuns.
• „Destinat convertoarelor și invertoarelor de mare putere”. Corect în linii mari. Lista exactă: invertoare de tracțiune pentru vehicule electrice și hibride, vehicule cu două și trei roți, invertoare de mare putere și auxiliare, sisteme de management și deconectare a bateriei, module industriale de senzori de curent. TDK notează că aplicațiile sunt orientative și trebuie verificate la nivel de sistem.
• „Compensare prin EEPROM”. Corect. În EEPROM se scriu sensibilitatea și tensiunea de ieșire la câmp zero, plus coeficienții de temperatură. Un senzor de temperatură intern și un mic calcul digital corectează câștigul și offsetul în funcție de temperatură. Cipul vine deja optimizat din fabrică pentru tot intervalul de temperatură.
• „Diagnosticare integrată”. Confirmat: detecție de subtensiune și supratensiune, detecția întreruperii firului de masă sau de alimentare, diagnoză de supratemperatură programabilă, limitarea opțională a ieșirii și protecție la inversarea polarității.
• „Calificare AEC-Q100 Grade 0”. Confirmat. Grade 0 acoperă temperaturi ambiante de la −40 la +150 °C. TDK adaugă funcționarea la 165 °C „pentru perioade scurte”, fără să spună cât de scurte.

Ilustrația care însoțește rezumatul arată principiul general: un miez inelar cu întrefier, conductorul prin mijloc, elementul Hall în întrefier și un amplificator separat. La CUR 3020, amplificatorul, filtrul și compensarea de temperatură sunt în același cip cu elementul Hall. Imaginea nu provine de la TDK.

Rezumatul este corect. Lipsesc timpul de răspuns maxim, prețul în zgomot al benzii de 500 kHz și faptul că cipul măsoară câmp, nu curent.

De ce un miez cu întrefier

Un conductor parcurs de curent produce în jurul lui un câmp magnetic. Fără miez, câmpul scade cu distanța și este mic. La r = 10 mm de un conductor drept:

În plus, câmpurile conductoarelor vecine, de exemplu ale celorlalte faze ale invertorului, ajung și ele la senzor.

Un concentrator C-core este un miez feromagnetic în formă de C, așezat în jurul conductorului, cu o fantă îngustă, întrefierul, în care stă senzorul Hall. Legea lui Ampère, aplicată pe drumul închis prin miez și prin întrefier, dă inducția din întrefier:

Aici g este lățimea întrefierului, l_{\mathrm{Fe}} lungimea drumului prin miez, iar \mu_r permeabilitatea relativă a materialului. Pentru un miez cu permeabilitate mare, aproape toată „căderea” magnetică are loc în întrefier, iar formula se reduce la \mu_0 I / g. Aproximarea ignoră câmpul care se răsfiră pe la marginile întrefierului.

Pentru un întrefier de 4 mm rezultă 0,314 mT/A, de aproape 16 ori mai mult decât la 10 mm de un conductor fără miez. Miezul mai face un lucru util: ecranează senzorul de câmpurile exterioare. Același calcul cu miez și întrefier se face la bobinele și transformatoarele din sursele în comutație. Bazele lui sunt în cursul de electronică și electrotehnică.

Montajul descris aici este un senzor în buclă deschisă: ieșirea urmărește direct câmpul din întrefier. Varianta în buclă închisă adaugă pe miez o înfășurare secundară, prin care un amplificator trimite exact curentul care anulează câmpul din întrefier. Este mai precisă și mai liniară, dar și mai mare, mai scumpă și consumă mai mult. CUR 3020 este gândit pentru prima variantă.

Ce este în cip

Schema bloc de pe pagina de produs arată că semnalul rămâne analogic de la elementul Hall până la ieșire:

1. Placa Hall produce o tensiune mică, proporțională cu inducția.
2. Preamplificatorul și un câștig grosier, ales din EEPROM, o aduc într-un domeniu util.
3. Filtrul fixează banda la 250 sau la 500 kHz.
4. Un bloc de polaritate permite inversarea semnului.
5. Amplificatorul programabil (PGA) aplică câștigul și offsetul fin, plus corecțiile de temperatură calculate digital din senzorul de temperatură intern.
6. Etajul de ieșire scoate tensiunea pe pinul OUT.

Din schemă reiese că partea digitală (convertorul analog-digital, EEPROM-ul, calculul coeficienților de temperatură) se ocupă doar de corecțiile lente, după temperatură. Semnalul nu trece printr-o conversie analog-digitală, de aceea senzorul poate răspunde în mai puțin de o microsecundă. Capsula are patru pini: alimentare (VSUP), masă, ieșire și un pin de programare (PRG).

Ieșirea este ratiometrică: în schema bloc, etajul de ieșire primește referința de la tensiunea de alimentare, iar comunicatul dă „erori ratiometrice”. În practică, dacă alimentarea senzorului crește cu 1%, cresc cu 1% și offsetul și sensibilitatea. Când convertorul analog-digital care citește senzorul folosește ca referință aceeași tensiune de alimentare, variația se anulează. Cât de bine se anulează spun cifrele de ±0,25% și ±2,5 mV. Efectul referinței asupra unei măsurători cu ADC este explicat în lecția ADC vs referința de tensiune.

Exemplu de calcul: de la milivolți la amperi

Cifrele din comunicat sunt în mV și mT. Ca să vezi ce înseamnă pentru un invertor, trebuie să le treci prin miez. Pentru exemplu presupunem:

• un întrefier de 4 mm, adică 0,314 mT/A (valoare aleasă de noi; întrefierul real depinde de capsulă, de curentul maxim și de saturația miezului);
• o sensibilitate de 10 mV/mT, condiția în care TDK dă zgomotul;
• o excursie utilă a ieșirii de ±2 V în jurul lui 2,5 V. Comunicatul nu dă domeniul ieșirii, deci cifra este o presupunere.

Rezultă 3,14 mV/A la ieșire și un capăt de scală de aproximativ ±640 A. Cu același miez, sensibilitatea minimă de 4,2 mV/mT ar duce capătul de scală la circa ±1 500 A, iar cea maximă, de 67,4 mV/mT, la circa ±95 A. Programarea acoperă deci un raport de 16 între capete de scală, fără să schimbi miezul. La ±1 500 A însă, inducția din întrefier ar ajunge la 476 mT, peste saturația multor ferite, care se saturează în jur de 0,3–0,5 T, și mai devreme la cald. Pentru curenți mari se mărește întrefierul.

Erorile cipului, trecute în amperi pentru acest exemplu:

Calculul este al nostru și include doar erorile cipului. Concluziile practice:

• La curenți mari domină sensibilitatea. La 600 A, deriva de 1% înseamnă 6 A.
• La curenți mici domină offsetul. La 20 A, cei ±1,6 A ai derivei de offset reprezintă 8% din valoare. Multe sisteme măsoară offsetul cu invertorul oprit, la curent zero, și îl scad din citiri. Corecția elimină offsetul inițial, dar nu și deriva cu temperatura apărută în funcționare.
• Zgomotul se vede într-un singur eșantion. 0,48 A RMS înseamnă aproximativ 3 A vârf-la-vârf (circa 6 × valoarea RMS). Un regulator care eșantionează curentul o dată pe perioada de comutație vede acest zgomot, dacă nu mediază mai multe eșantioane.

250 sau 500 kHz

Timpul de creștere estimat folosește relația t_r \approx 0{,}35 / f_{\mathrm{3dB}}, valabilă pentru un filtru de ordinul întâi. Ordinul de mărime se potrivește cu cele 0,86 µs măsurate de TDK.

Un detaliu din tabel merită observat. Pentru zgomot alb, dublarea benzii ar crește zgomotul de \sqrt{2} \approx 1{,}41 ori. Aici crește de 2 ori. Comunicatul nu explică de ce. Practic, banda dublă se plătește cu zgomot dublu, nu cu 41% în plus.

De ce contează viteza? Tranzistoarele SiC din invertoarele moderne suportă un scurtcircuit doar câteva microsecunde, de ordinul a 2–3 µs la multe tranzistoare, față de 5–10 µs la IGBT-uri. Un senzor care răspunde în 0,86–1,5 µs, plus comparatorul și driverul de poartă, consumă o parte mare din acest timp. De aceea protecția la scurtcircuit dur rămâne de obicei în driverul de poartă, prin detecția desaturării. Senzorul rapid servește reglării curentului și protecției la supracurent, unde fiecare microsecundă de întârziere înseamnă amperi în plus până la oprire.

Banda modulului poate fi însă mai mică decât banda cipului. La sute de kilohertzi, curenții turbionari din miez și efectul pelicular din bara conductoare se opun variațiilor rapide de câmp. Un miez din tole metalice se comportă altfel decât unul din ferită, iar răspunsul în frecvență al ansamblului se verifică pe modulul real. Pentru cât de scurte pot fi evenimentele de pe liniile de alimentare de curent mare, vezi și articolul despre ADC-ul TI de 3 GSPS pentru liniile de alimentare ale serverelor AI.

Ce nu spune anunțul

• Fișa tehnică completă. Nu este publică. Manualul și mediul de programare sunt în portalul de service Micronas, iar ghidul de programare se trimite la cerere.
• Tensiunea de alimentare și domeniul ieșirii. Ieșirea centrată pe 2,5 V și caracterul ratiometric sugerează o alimentare de 5 V, dar comunicatul nu o spune.
• Cât de lungi sunt „perioadele scurte” la 165 °C.
• Cum este definit timpul de răspuns. De la ce prag al câmpului până la ce prag al ieșirii.
• Erorile miezului. Saturația, histerezisul, magnetizarea remanentă după un supracurent (care apare ca offset), variația întrefierului cu temperatura și câmpurile exterioare sunt ale modulului, nu ale cipului. Ele se adaugă la tabelul de mai sus.
• Izolația. Senzorul nu atinge conductorul, dar distanțele de izolație și materialele țin de construcția modulului. Comunicatul nu dă valori.
• Prețul și producția de serie. Deocamdată, doar mostre la cerere.

Ce merită reținut

1. CUR 3020 măsoară câmp, nu curent. Miezul C și întrefierul transformă amperii în militesla: aproximativ \mu_0 I / g, adică 0,314 mT/A la 4 mm.
2. Banda de 500 kHz costă dublu în zgomot. Alege 250 kHz dacă reglarea nu are nevoie de viteză.
3. Proiectează pe 1,5 µs, nu pe 0,86 µs. Valoarea tipică nu este garantată.
4. Offsetul domină la curenți mici, sensibilitatea la curenți mari. Trece erorile prin miez, în amperi, înainte să compari senzori.
5. Banda și precizia modulului nu sunt ale cipului. Miezul, bara și montajul adaugă erori și pot reduce banda. Se verifică pe ansamblul real.

Pentru convertoarele în care lucrează astfel de senzori, vezi cursul Surse în comutație și articolul despre convertorul GaN Microchip POL-05-20S-T.