選擇合適的電流感測器
本文為電流感測器選型系列文章的一部分，旨在提供電流感測器架構選擇的設計指引。以下為文章重點摘要。
重點摘要
1. 電流決定感測架構選擇
整合式（Integrated）、無磁芯式（Coreless）或磁芯式（Core-Based）架構的選擇，主要由系統的持續工作電流以及所產生的熱限制條件所決定。
2. 整合式架構適用於簡化設計
對於電流需求低於 200 A 的應用，整合式導體電流感測器（如 ACS37220 或 ACS71010）可提供經過工廠校準的即插即用解決方案，並具備最小的佔板面積。
3. 無磁芯架構實現最高功率密度
對於需要在有限空間內量測 100 A 至 4000 A 以上電流的應用，無磁芯差動感測器提供無接觸、無損耗的量測方式，可省去大型磁芯結構。
此架構的取捨在於機械公差要求。匯流排（Busbar）位置偏移可能造成感測誤差。
4. 磁芯式架構適用於嚴苛環境
若設計需求包含極高電流量測、高精度，以及抵抗外部雜散磁場干擾，則採用具有鐵磁集中器（Ferromagnetic Concentrator）的磁芯式方案是合適的選擇。
5. PCB 與匯流排佈局是關鍵因素
無論採用何種感測架構，PCB 或匯流排設計都同時扮演磁場介面與散熱通道的角色。
為確保長期可靠性，必須遵循銅箔面積與導熱通孔（Thermal Via）的最佳設計實務。
6. TMR 技術引領高速感測應用
對於需要高達 5 MHz 頻寬的應用，Allegro 採用 TMR（Tunnel Magnetoresistance）技術的整合式電流感測器，相較於傳統霍爾效應技術可提供更佳效能。
TMR 同時具備更高靈敏度，可支援更小型的整合封裝，或在高電流架構下提供更佳的低電流量測效能。
電流感測器架構比較
| 特性 | 整合式（Integrated） | 磁芯式（Core-Based） | 無磁芯式（Coreless） |
|---|---|---|---|
| 典型電流範圍 | 2 A 至 400 A | 20 A 至 1000 A 以上 | 100 A 至 4000 A 以上 |
| 感測方式 | 電流流經感測器，提供一體化解決方案，但具有最高熱瓶頸 | 電流流經感測器附近，磁場由實體磁芯集中與塑形，具高精度但體積較大 | 感測器安裝於導體上方或附近，無需直接接觸導體，且不需磁芯，具備最高功率密度與最低重量 |
| 主要優勢 | 最小尺寸、工廠校準、易於使用 | 高精度；磁芯可天然屏蔽外部磁場 | 無損耗；適用於超高電流且成本較低；不會發生磁芯飽和 |
| 主要缺點 | 受封裝內 I²R 損耗造成的熱限制 | 體積大、重量高、成本較高，且可能產生磁芯飽和與磁滯現象 | 對機械對位、PCB／匯流排設計及外部雜散磁場較敏感 |
| 隔離方式 | 具天然電氣隔離能力，視封裝而定 | 高電氣隔離能力，取決於磁芯與導體間距 | 天然非接觸式隔離，取決於空氣間隙及導體絕緣 |
| 頻寬 | 高，約 100 kHz 至 1 MHz；TMR 版本可達 5 MHz | 低至中等，受磁芯渦電流損耗限制 | 高，主要受感測器本身限制 |
| 精度／漂移 | 高，出廠校準 | 高，但需考量磁芯熱漂移與磁滯效應 | 取決於系統設計，最佳化結果需搭配系統層級校準 |
| 功率耗散 | 最高，電流流經內部導線架構 | 極低，感測 IC 與電流路徑隔離 | 極低，IC 功耗很小，電流維持於 PCB 或匯流排中 |