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使用霍爾效應(yīng)電流傳感器簡(jiǎn)化高壓電流檢測(cè)

發(fā)布時(shí)間:2023-10-07 來(lái)源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在電動(dòng)汽車(chē)(EV)充電系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)中,電流傳感器通過(guò)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(lái)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(jiàn)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(wèn)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(lái)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(guò)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?chē)牽引逆變器、伺服驅(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(lái)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?;诜至髌鞯南到y(tǒng)存在一些限制因素——由于器件的架構(gòu),這類(lèi)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?xún)r(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(guò)引線框流過(guò)封裝,因此無(wú)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(wú)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(lái)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)和使用壽命內(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(guò)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。


1.jpg

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(jiàn)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(wú)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(lái)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(kāi)關(guān)系統(tǒng),例如太陽(yáng)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(wú)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(yǔ)


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(wèn)題。



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