고감도 MI 소자를 사용한 비접촉 전류 센서

기획특집 고감도 MI 소자를 사용한 비접촉 전류 센서

페이지 정보

작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 5,518회 작성일 20-04-14 11:29

본문

서 론

최근 전 세계적인 에너지 절약 의식의 고조 및 환경 규제에 따라, 산업 기기용 태양광발전이나 스마트 미터 등의 전력 모니터링, 민생 기기용 인버터 가전 등에서 전력의 가시화가 요구되고 있다.

전력의 모니터링을 실현하기 위해서는 전류 센서가 일반적으로 사용되고 있어, 그 수요는 나날이 높아질 것으로 예상된다. 시장에서 사용되고 있는 전류 센서에는 몇 가지 종류가 있다. (그림 1)

예를 들어 션트 저항을 사용한 저항 검출 타입의 경우 실장은 용이하지만, 저항으로 인해 전력 손실이 발열로 이어진다는 과제가 있다. 또한 자계 검출 타입에서도, 코어가 있는 경우는 저항 검출 타입에 비해 전력 손실로 인한 발열은 줄어들지만, 코어로 인해 실장 면적이 커진다는 과제가 있다. 코어가 없는 경우에는 IC 내부로 전류를 흘려보내야 하므로 전력 손실이 발생한다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 코어가 없는 비접촉 전류 센서가 필요하다.
업계 최초 MI 소자를 사용한 비접촉 전류 센서(2019년 5월 로옴 조사)

로옴은 지금까지 고감도, 저소비 전력이 요구되는 전자 컴퍼스 및 주차 시스템, VR 기기 시장용으로 3축 지자기 센서를 제공해왔다. 그 응용 편으로, 대전력을 취급하는 데이터 센터의 서버 및 태양광발전시스템, 배터리로 구동하는 드론 등, 전류로 동작 상황을 검출하고자 하는 모든 산업 기기 및 민생 기기를 타깃 시장으로 하여 비접촉 전류 센서 「BM14270AMUV-LB」를 업계 최초로 개발했다. 로옴의 비접촉 전류 센서는 비접촉 검출과 전력 손실 zero(발열 없음), 초소형의 3가지 특징을 동시에 실현했다. 「BM14270AMUV-LB」는 아이치제강㈜(Aichi Steel Corp.)의 MI 소자1 개발 기술과 로옴의 강점인 반도체 생산 기술, 센서 제어 기술의 융합으로 실현된 신제품이다.
특징 1) 고감도 MI 소자를 통해, 비접촉 전류 검출로 전력 손실 zero
기존의 홀 소자를 사용한 전류 센서는 전류 측정을 위해 IC 패키지 내부로 전류를 흘려보내야 할 필요가 있어, 전력 손실 및 발열에 대한 우려가 있었다. 반면에 로옴의 비접촉 전류 센서는 홀 소자에 비해 감도가 100배 높은 MI 소자를 도입함으로써, 전류가 흐르는 기판 배선으로부터 발생하는 자계를 직접 검출할 수 있다. 이로써, 완전한 비접촉 방식의 전류 측정이 가능하다. 따라서 본 제품의 경우, 전력 손실 zero를 실현할 수가 있다. (그림 2)
또한, 기존품의 경우 홀 소자의 소비전류 자체가 크기 때문에 전류 센서로서 제품화할 때 10mA 정도의 소비전류가 발생했다. 그러나 BM14270AMUV-LB는 MI 소자의 저소비 전류 성능을 통해 0.07mA(5V 동작 시의 소비전력 0.35mW)의 초저소비 전류 동작을 실현하여, 기존 품에 비해 소비전류 1/100을 달성했다. 뿐만 아니라 기존 품이 6.0mm×4.9mm 사이즈인데 반해, BM 14 270AMUV-LB는 3.5mm×3.5mm 사이즈로 제품화하여 업계 최소의 소비전류와 소형 사이즈로 배터리 구동 기기에도 최적인 제품이다.

특징 2) 외부 자계 캔슬 기능 탑재로,실드 없이 실장 가능
통상적으로 코어가 없는 전류 센서는 지자기 등의 외부 자계로 인해 측정 오차가 발생하므로, 외부 자계를 차단하기 위해 자성체(Magnetic substance, 磁性體)의 실드를 배치할 필요가 있다. 반면에 BM14270AMUV-LB는 기판의 왕복 배선 상에 실장하여, 내장된 2개의 센서로 센싱함으로써 외부 자계를 캔슬할 수 있다(그림 4). 이에 따라 본래 검출해야 하는 전류로부터의 자계만을 검출할 수 있으므로, 실드 대책이 없어도 고정밀도의 측정을 실현할 수 있다. (그림 3)