在電動(dòng)汽車(EV)充電系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)中，電流傳感器通過監(jiān)測(cè)分流電阻器上的壓降或?qū)w中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來測(cè)量電流。這些高壓系統(tǒng)使用電流信息控制和監(jiān)測(cè)電源轉(zhuǎn)換、充電和放電。
霍爾效應(yīng)電流傳感器和基于分流器的電流傳感器是最常見的電流檢測(cè)技術(shù)。然而，迄今為止，在高壓應(yīng)用中使用霍爾效應(yīng)傳感器一直存在問題。本文將探討選擇每種拓?fù)鋾r(shí)需要考慮的因素，并重點(diǎn)介紹在高壓應(yīng)用中使用霍爾效應(yīng)電流傳感器來簡(jiǎn)化電流檢測(cè)這一創(chuàng)新技術(shù)。
基于分流器的電流檢測(cè)與基于霍爾效應(yīng)的電流檢測(cè)
與霍爾效應(yīng)電流傳感器相比，基于分流器的電流傳感器通常在整個(gè)電流范圍內(nèi)精度更高。通過使用穩(wěn)定的放大器技術(shù)或精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和精密分流電阻器，工程師可以在整個(gè)電流測(cè)量范圍、工作溫度范圍以及生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)漂移低于 1% 的高精度?；诜至髌鞯膫鞲衅鞒Ｓ糜谄嚑恳孀兤鳌⑺欧?qū)動(dòng)器以及 EV 充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用。
放大器和精密 ADC 通常用來監(jiān)測(cè)分流電阻器上的壓降并提供比例輸出。每種電流檢測(cè)解決方案在工作電壓、失調(diào)電壓、漂移、帶寬和易用性方面均有所不同。基于分流器的系統(tǒng)存在一些限制因素——由于器件的架構(gòu)，這類系統(tǒng)通常具有較大的傳播延遲，而且會(huì)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性，例如在高側(cè)電源和低側(cè)電源方面。另外，使用基于分流器的器件時(shí)，需要仔細(xì)考慮各種分流電阻器參數(shù)和功耗。
而與基于分流器的解決方案相比，一體式封裝的霍爾效應(yīng)電流傳感器具有更高的性價(jià)比，傳播延遲更小，并且更容易設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中。采用一體式封裝的解決方案時(shí)，電流通過引線框流過封裝，因此無需精密電阻器，從而降低了成本并縮減了物料清單。另外，還無需高側(cè)和低側(cè)兩個(gè)電源——您可以使用一個(gè)低側(cè)電源來為霍爾效應(yīng)傳感器供電，從而進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。
使用霍爾效應(yīng)傳感器創(chuàng)新技術(shù)簡(jiǎn)化高壓電流檢測(cè)
盡管霍爾效應(yīng)電流傳感器提供了諸多優(yōu)勢(shì)，但由于其在溫度范圍內(nèi)和生命周期內(nèi)存在較大的漂移，因此大多數(shù)設(shè)計(jì)人員不會(huì)考慮將其用于高壓系統(tǒng)。由于電氣和隔離衰減，霍爾效應(yīng)電流傳感器在其生命周期內(nèi)存在很大的漂移。
為了克服這些缺點(diǎn)，德州儀器研發(fā)出了一種解決方案，可將霍爾效應(yīng)電流傳器 TMCS1123 在生命周期內(nèi)的靈敏度漂移誤差大幅降低至 ±0.5%，從而使工程師能夠設(shè)計(jì)出在整個(gè)系統(tǒng)生命周期內(nèi)需要更少校準(zhǔn)或維護(hù)的高壓系統(tǒng)。我們還將整個(gè)生命周期和溫度范圍內(nèi)的總最大靈敏度誤差降低至 ±1.75%，這有助于提高效率并減少成本高昂的系統(tǒng)校準(zhǔn)工作。另外，TMCS1123 具有差分霍爾效應(yīng)感應(yīng)功能，能夠顯著減少磁場(chǎng)干擾或串?dāng)_，并且還提供了過流檢測(cè)、精密電壓基準(zhǔn)和傳感器報(bào)警等其他功能。請(qǐng)參閱圖 1。
圖 1：TMCS1123 方框圖
TMCS1123 還解決了霍爾效應(yīng)傳感器的一些其他常見限制，例如引線框電阻和芯片散熱限制，這些會(huì)限制器件能夠處理的電流大小。TMCS1123 能夠在 25°C 條件下檢測(cè) 75ARMS 的電流，并在整個(gè)溫度范圍和生命周期內(nèi)，無需校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn) ±1.75% 的靈敏度誤差，因此能夠在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)保持高精度。
電流檢測(cè)設(shè)計(jì)考慮因素
下面列舉了幾個(gè)為系統(tǒng)選擇電流傳感器時(shí)的一些主要考慮因素。首先，精度是一項(xiàng)重要的考慮因素，應(yīng)當(dāng)作為首要定義的參數(shù)之一來確定可行的技術(shù)。其次，功率等級(jí)對(duì)于上述所有技術(shù)都至關(guān)重要。系統(tǒng)的電壓和電流水平必須在器件規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，以確保安全高效地運(yùn)行。為了靈敏地控制開關(guān)系統(tǒng)，例如太陽能系統(tǒng)中的隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器，必須考慮帶寬和速度。設(shè)計(jì)復(fù)雜性也是需要考慮的一項(xiàng)重要因素。因?yàn)闊o需額外的電源或元件，霍爾效應(yīng)電流傳感器使用簡(jiǎn)單，能夠在器件允許范圍內(nèi)的所有電壓電平條件下工作。
結(jié)語
EV 充電器和光伏逆變器等高壓系統(tǒng)中日益需要高度精確的電流測(cè)量，而高壓應(yīng)用中存在一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，成本也更高?，F(xiàn)在，借助 TMCS1123 等電流檢測(cè)器件，您可以在 EV 充電器等高壓應(yīng)用中精確地檢測(cè)電流，同時(shí)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并以更合理的價(jià)格迅速解決各種設(shè)計(jì)問題。
（德州儀器供稿）
