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자기측정 방식 전장용 전류센서: IMC-Hall, GMR 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.65 no.4, 2016년, pp.14 - 20  

이치우 (부산대학교) ,  황홍식 (부산대학교) ,  김욱 (지흥 전장사업부)

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문제 정의

  • 이 현상은 모든 도체 및 반도체 재료에서 나타나며 저항 변화 특성에 따라 OMR(Ordinary Magnetoresistance), AMR(Anisotropic Magnetoresistance), GMR(Giant Magnetoresistance) 등으로 구분 할 수 있다. 본 고에서는 자기저항 전류센서에 사용되는 GMR 에 대해 설명한다. GMR소자는 AMR 소자 보다 수 배에서 수십 배 터 큰 자기저항의 변화를 보이는 특성을 가지고 있어 전류센서에 적합한 소자이다.
  • 본 원고에서는 Hall IC와 GMR을 이용한 자기측정 방식의 전류센서의 구동 원리 및 구조에 대해서 알아보고, 이를 이용한 전류센서의 최신 기술을 소개 하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Hall IC전류센서에 강자성체로 만든 코어를 사용함으로써 어떤 장점과 단점이 있는가? 이 갭 사이에 Hall IC를 배치 시켜 자속과 Hall 소자가 항상 수직이 되도록 할 수 있다. 강자성체 코어를 사용함으로써 높은 게인과 외란에 대한 강인함의 장점이 있으나 코어의 형상과 재질에 따라 자기포화, 히스테리시스, 주파수 응답, Thermal drift와 같은 성능에 제약이 따르며 측정 전류 크기에 따라 차지하는 부피 및 무게가 증가하는 단점이 있다. 이는 차량의 중량 및 내부 공간활용이 중요한 EV 및 HEV 시스템에서 가장 중요한 부분이다.
IMC-Hall IC 전류센서의 장점은? 두 개의 IMC가 서로 갭을 가지는 구조로 인해 수평으로 들어 온 자속이 갭 사이에서 Hall 소자와 수직인 성분으로 바뀌어 전류 검출이 가능한 구조로 되어 있다. IMC-Hall IC 전류센서를 사용할 경우 외부에 코어가 없기 때문에 기존 Hall IC 전류센서 보다 차지하는 부피 및 무게를 비약적으로 줄일 수 있다. 또한, IMC는 아몰퍼스와 같은 높은 투자율과 낮은 히스테리스스 특성을 가지는 재질로 구성되기 때문에 기존 강자성체 코어 단점을 보완하고 더 높은 게인 값을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 EV 및 HEV에서는 고전류 버스바와 다양한 외부 전기 장치들에서 발생되는 외부자계에 의한 외란이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위한 자계쉴드가 IMC-Hall IC 성능 및 설계에서 중요하게 작용한다.
GMR 현상의 발생 원인은? GMR 현상은 전자의 스핀 방향과 자성층의 자화방향에 따라 산란 정도의 차이가나는 스핀 의존성 산란(Spin-Dependent Scattering)에 기인하여 발생한다. 일반적인 금속내의 전자들은 자화방향과 평행한 up스핀과 반 평행한 down스핀으로 구분된다.
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참고문헌 (10)

  1. "Global Automotive Industry Outlook 2009: Impact of Economic Slowdown on the Future of Auto Sales and Production," Frost & Sullivan, 2009, p.31, online edition accessed June 2010. 

  2. [ONLINE] Available at: http://www.allegromicro. com/en/Design-Center/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications 

  3. 최신 센서기술, 북두출판, 2014. 04 

  4. [ONLINE] Available at: http://www.melexis.com/Assets/Planar-current-sensors-with-IMC-Halltechnology-6475.aspx 

  5. 물리학과 첨단기술, 2015. 12 제24권 12호 

  6. A. J. Freeman and S. D. Bader, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999). 

  7. [ONLINE] Available at: http://www.nve.com/SensorApps.php 

  8. Kim, Ho-Gi, Gu-Bae Kang, and Dong-Jin Nam. "Coreless hall current sensor for automotive inverters decoupling cross-coupled field." Journal of Power Electronics 9.1 (2009): 68-73. 

    원문보기 상세보기

  9. Popovic, RS el, Z. Randjelovic, and D. Manic. "Integrated Hall-effect magnetic sensors." Sensors and Actuators A: Physical 91.1 (2001): 46-50. 

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  10. 센서공학, 태훈출판, 2001. 03 

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