Pequeños Sensores TMR Transforman la Detección de Corriente: Alta Precisión, Bajo Consumo y Diseño Compacto

Hoy, diversas tecnologías pueden transformar campos magnéticos en voltajes proporcionales, permitiendo aplicaciones diversas desde codificadores magnéticos hasta detección de corriente.

El efecto Hall, descubierto por Edwin Hall en 1879, ha impulsado durante mucho tiempo sensores magnéticos de estado sólido. Sin embargo, sus limitaciones —mayor consumo, sensibilidad limitada y coste— han impulsado la búsqueda de alternativas más eficientes.

Entra la magnetorresistencia (MR), el fenómeno donde la resistencia eléctrica de un material cambia bajo un campo magnético. El efecto MR varía con la magnetización interna del material, ofreciendo nuevas vías para diseño de sensores.

Un derivado revolucionario de MR es la magnetorresistencia de túnel (TMR). Descubierta por el profesor Terunobu Miyazaki en los 90, un sensor TMR consta de dos capas ferromagnéticas separadas por una barrera aislante de nanómetros. Cuando las magnetizaciones de las capas se alinean, la resistencia cae; cuando se oponen, sube —un elegante efecto cuántico-mecánico.

Figura 1: Una unión TMR compuesta por dos ferromagnetos y una capa de túnel (Fuente: Crocus Technology)

Crocus Technology

Crocus Technology aprovecha su plataforma patentada XtremeSense TMR para entregar sensores magnéticos tanto para electrónica industrial como de consumo. La familia XtremeSense incluye interruptores integrados y sensores de corriente que destacan en rendimiento y huella.

Ventajas clave de XtremeSense TMR:

• Excepcional relación señal-ruido —resolución de 5 mA en detección de corriente.
• Ultra-bajo consumo —110 nA en modo interruptor.
• Robusta estabilidad térmica —< 40 ppm/°C.

"La demanda de detección de corriente de alta velocidad, precisa y baja latencia está creciendo —especialmente en arquitecturas de electrónica de potencia", dice Tim Kaske, VP de Ventas y Marketing de Crocus.

Los sensores TMR encajan naturalmente en el papel de sensores de corriente. Su resistencia varía con el campo magnético circundante, y al combinarse con circuitos CMOS modernos, entregan mediciones de alto SNR, lineales y térmicamente estables —ideales para aplicaciones de contacto y sin contacto.

Caso de Uso: Corrección de Factor de Potencia (PFC)

La corrección de factor de potencia (PFC) es tecnología crítica en fuentes de alimentación, mandatada por normas como EN 61000-3-2. Una etapa PFC aumenta la capacidad de corriente de carga mientras suprime armónicos AC, produciendo una corriente limpia y en fase.

Kaske señala: "Apuntamos a PFC tótem-polo CCM con MOSFETs GaN —un área que ha visto poca evolución en una década. Nuevos controladores ahora soportan esta arquitectura, abriendo puertas a cargadores EV, computación y centros de datos."

La detección de corriente basada en shunt tradicional introduce limitaciones —tamaño, pérdida de potencia y restricciones de ancho de banda. Soluciones TMR pueden reducir a la mitad o un cuarto la huella en PCB mientras entregan precisión, ancho de banda y latencia superiores.

"Ingenieros que confiaban en sensores Hall ahora ven cómo TMR ofrece un salto en rendimiento en precisión, ancho de banda y eficiencia", añade Kaske.

El diagrama de bloques de un PFC activo estándar sigue en Figura 2. Un puente de diodos convierte la entrada AC a DC, y un pre-convertidor (típicamente boost) extrae corriente sinusoidal de la red, entregando salida DC.

Figura 2: Diagrama de una etapa PFC activa típica (Fuente: Crocus Technology)

El PFC tótem-polo CCM de la Figura 3 usa dos MOSFETs GaN (S1 y S2) en un medio puente de alta frecuencia, mientras S3 y S4 manejan conmutación síncrona a frecuencia de línea. Sus beneficios —alta eficiencia, bajas pérdidas y reducción de componentes— lo hacen atractivo para sistemas de potencia modernos. El diseño requiere un sensor de corriente que capture transitorios rápidos para evitar fallos en cascada, usando un solo sensor bidireccional para monitorizar ambos semiciclos.

Figura 3: PFC tótem-polo CCM (Fuente: Crocus Technology)

Según Crocus, los sensores XtremeSense TMR son la elección ideal para esta aplicación, ofreciendo:

• Alto SNR y salida limpia al controlador.
• Pérdida de conducción mínima.
• Ancho de banda 1 MHz, bajo retardo de fase y tiempo de subida 300 ns para medición rápida.
• Detección programable de sobrecorriente y pin de fallo para integración con MCU.
• Detección bidireccional de corrientes positivas y negativas.
• Aislamiento 5 kV para seguridad.

"La energía solar es otro terreno fértil", dice Kaske. "Los transformadores de corriente proporcionan aislamiento y seguridad, pero TMR puede competir —ofreciendo aislamiento comparable con mayor precisión."

> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, Power Electronics News.

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