基于AMR的電流傳感技術(shù)為下一代電動汽車充電賦能

電流傳感的作用

改良的AMR電流傳感技術(shù)使我們家庭和營業(yè)場所的電力基礎(chǔ)設(shè)施能夠解決EV充電系統(tǒng)的可靠性和安全性問題。有效的電源管理可避免性能不佳和災(zāi)難性故障等問題，這些問題會造成嚴(yán)重的火災(zāi)風(fēng)險和潛在的死亡事故。電流傳感技術(shù)增強了系統(tǒng)功能并直接解決了可靠性和安全問題。其主要內(nèi)容包括測量電流、確保精確的功率因數(shù)校正、有效的頻率管理，以及解決有關(guān)提高任何特定電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能相關(guān)的熱問題。

為了預(yù)測和處理潛在的有害電源轉(zhuǎn)換問題，EV電池充電系統(tǒng)必須能夠管理超出范圍的電流情況，立即檢測過流情況或識別其他性能損失。問題可能包括意外的接地故障、短路、在極高功率水平下運行或超出電源電路容量的欠載情況。先進的電流測量是防止電子設(shè)備損壞的過流和欠流保護的重要組成部分，尤其是在EV充電系統(tǒng)的速度和強度下。

過去熔斷器的電路保護已不再足夠勝任。先進的電流檢測也提高了性能，同時保障了EV充電電路和任何連接到它的車輛電池免受惡意或無意的誤用。當(dāng)采用磷酸鐵鋰(LFP)或鈦酸鋰(LTO)技術(shù)時，庫侖計數(shù)可用于確定電池的充電狀態(tài)(SoC)、健康狀態(tài)(SoH)和功能狀態(tài)(SoF)。

電路保護

使用ACEinna等AMR電流傳感工具，任何過流檢測反應(yīng)都可以表現(xiàn)得更好。此外，AMR電流傳感器的固有隔離使其適用于電路的高側(cè)和低側(cè)，從而提高了性能和安全性。這些非接觸式電流傳感器沒有功耗問題，可以提供更快的讀出時間，并使用主動反饋回路來校正偏移。這使得充電器可以修改增益參數(shù)并補償傳感器偏移。

過流和欠流保護、智能故障管理以及外力和輕微損壞等意外安全隱患都取決于快速和精確的電流檢測。由于它們的密切關(guān)系，電源管理等同于熱管理。

電動汽車中的電流傳感

對于交流電的EV充電系統(tǒng)，功率轉(zhuǎn)換器的接受率控制著充電速度，由于需要對交流電進行整流，充電速度會降低。直流充電器完全避免了轉(zhuǎn)換器，加速了充電過程?，F(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以解決熱量問題，提供精確的功率因數(shù)校正，并通過改進電流傳感來增強頻率管理。通過電流測量控制系統(tǒng)的熱性能，可以避免系統(tǒng)損壞，無論其原因是接地故障、短路事故還是高負(fù)載條件。

與簡單的運算放大器和比較器實現(xiàn)相比，Aceinna電流傳感解決方案的集成封裝節(jié)省了空間。單個集成元器件始終比由多個分立器件組裝而成的設(shè)備小。

功率因數(shù)校正(PFC)可提高功率因數(shù)比，降低電網(wǎng)壓力，提高能源效率并降低電價。電源質(zhì)量（圖1）是優(yōu)化充電的重要組成部分。有效的低壓側(cè)電流檢測提高了電源可用性。除了比分流器更小之外，基于AMR的電流傳感器也更有效，并且產(chǎn)生的熱量更少。此外，與基于霍爾傳感器的系統(tǒng)相比，AMR芯片具有更大的工作帶寬和更高的采樣率。

AMR傳感器的優(yōu)勢

AMR傳感器利用電流流過導(dǎo)線時產(chǎn)生的磁場來測量與其傳感方向平行的磁場強度。放置在AMR材料上的U形導(dǎo)體是傳感器測量磁場的手段。當(dāng)導(dǎo)體攜帶相關(guān)電流時，磁場會圍繞著它。

AMR傳感器在距其對稱軸相同距離的相對的載流導(dǎo)體上面。輸出信號由平行于AMR傳感器傳感方向的磁場強度決定。該測量值被傳感器轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

一種稱為坡莫合金的鎳鐵合金具有在磁場中按比例變化的電阻，而無需接觸產(chǎn)生它正在監(jiān)測的磁場的電路。因此，就像變壓器一樣，AMR芯片也是電氣隔離的。它們還可以加快讀取速度，同時通過主動反饋回路主動補償傳感器偏移，從而允許電路修改增益參數(shù)。

結(jié)論

為了對電力電子設(shè)備提供必要的反饋，大功率EV快速充電應(yīng)用需要改進電流測量。目前有各種精確的電流傳感方法，而每種方法都各有優(yōu)缺點。性能、可靠性和安全性都是基于AMR的電流傳感解決方案所提供的好處。它們還有助于電路保護、降低成本、縮小外形尺寸和應(yīng)對關(guān)鍵電路設(shè)計挑戰(zhàn)。

(原文刊登于EDN姊妹網(wǎng)站Power Electronics News，參考鏈接：AMR-based current sensing empowers next-gen EV charging，由Ricardo Xie編譯。)

中國是世界上最大的新能源汽車生產(chǎn)國、消費國，也是世界上規(guī)模最大、出口量最大的汽車出口國 。新能源汽車這些年的快速發(fā)展離不開與其對應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，充電技術(shù)作為新能源汽車使用中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)也在近些年得到了極大的提升。

3月30日，AspenCore將在上海舉辦國際集成電路展覽會暨研討會（IIC Shanghai 2023），同期舉辦的“第25屆高效電源管理及寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用論壇”,為大家提供一個高效交流的互動平臺，歡迎感興趣的朋友到場交流。點擊這里或掃碼報名