Minúsculos Sensores TMR Transformam Current Sensing: Alta Precisão, Baixa Potência, Design Compacto

Hoje, uma gama de tecnologias pode transformar campos magnéticos em voltagens proporcionais, habilitando aplicações diversas de encoders magnéticos a current sensing.

O efeito Hall, descoberto por Edwin Hall em 1879, há muito alimenta sensores magnéticos solid-state. Ainda, suas limitações — maior consumo de potência, sensibilidade limitada e custo — impulsionaram busca por alternativas mais eficientes.

Entre magnetorresistência (MR), fenômeno onde resistência elétrica de material muda sob campo magnético. O efeito MR varia com magnetização interna do material, oferecendo novos caminhos para design de sensor.

Um derivado revolucionário de MR é magnetorresistência de túnel (TMR). Descoberta pelo Professor Terunobu Miyazaki nos anos 1990, sensor TMR consiste de duas camadas ferromagnéticas separadas por barreira isolante nanométrica. Quando magnetizações das camadas alinham, resistência cai; quando opõem, resistência sobe — elegante efeito quântico-mecânico.

Crocus Technology

Crocus Technology aproveita sua plataforma patenteada XtremeSense TMR para entregar sensores magnéticos para industrial e consumer electronics. Família XtremeSense inclui switches integrados e sensores de corrente que se destacam em performance e footprint.

Vantagens-chave do XtremeSense TMR incluem:

• Excepcional signal-to-noise ratio — resolução de 5 mA em current sensing.
• Ultra-baixo consumo — 110 nA em modo switch.
• Robusta estabilidade térmica — < 40 ppm/°C.

"A demanda por current sensing high-speed, acurado, low-latency está crescendo — especialmente em arquiteturas power-electronics", diz Tim Kaske, Vice Presidente de Vendas e Marketing da Crocus.

Sensores TMR naturalmente se encaixam no papel de sensores de corrente. Sua resistência varia com campo magnético circundante, e quando pareados com circuitaria CMOS moderna, entregam medições high-SNR, lineares e termicamente estáveis — ideais para aplicações contact e contact-less.

Caso de Uso Sensor TMR

Correção de fator de potência (PFC) é tecnologia crítica em power supplies, mandatada por padrões como EN 61000-3-2. Estágio PFC aumenta capacidade de corrente de carga enquanto suprime harmônicas AC, gerando corrente limpa, in-phase.

Kaske nota: "Estamos visando PFC totem-pole CCM com MOSFETs GaN — área que viu pouca evolução em uma década. Novos controladores agora suportam esta arquitetura, abrindo portas para carregadores EV, computing e data centers."

Current sensing baseado em shunt tradicional introduz limitações — tamanho, perda de potência e restrições de largura de banda. Soluções TMR podem reduzir footprint PCB pela metade ou quarto enquanto entregam acurácia, largura de banda e latência superiores.

"Engenheiros que confiaram em sensores Hall agora veem como TMR oferece salto de performance across acurácia, largura de banda e eficiência", adiciona Kaske.

Diagrama de bloco de PFC ativo padrão segue na Figura 2. Ponte diodo stepa entrada AC para DC, e pre-conversor (tipicamente boost) extrai corrente senoidal da rede, entregando saída DC.

PFC totem-pole CCM retratado na Figura 3 usa dois MOSFETs GaN (S1 & S2) em half-bridge high-frequency, enquanto S3 e S4 lidam com switching síncrono line-frequency. Seus benefícios — alta eficiência, baixas perdas e redução de contagem de componentes — tornam-no atraente para sistemas de potência modernos. Design requer sensor de corrente que capture transientes rápidos para evitar falhas cascata, usando sensor bidirecional único para monitorar ambas metades do ciclo.

Segundo Crocus, sensores XtremeSense TMR são escolha ideal para esta aplicação, oferecendo:

• High SNR e saída limpa para controlador.
• Perda de condução mínima.
• Largura de banda 1 MHz, baixo phase delay, e rise time 300 ns para medição rápida.
• Detecção over-current programável e pino fault para integração MCU.
• Sensing bidirecional de correntes positivas e negativas.
• Isolamento 5 kV para segurança.

"Energia solar é outro terreno fértil", diz Kaske. "Transformadores de corrente fornecem isolamento e segurança, mas TMR pode competir — oferecendo isolamento comparável com maior acurácia."

> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, Power Electronics News.

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