【導(dǎo)讀】電氣化已為汽車動力系統(tǒng)創(chuàng)造了一個新的范例——無論該設(shè)計是混合動力汽車(HEV)還是電動汽車(EV),總有新的設(shè)計難題要解決。在這篇技術(shù)文章中,我想要強調(diào)高壓電流感應(yīng)的一些主要挑戰(zhàn),并分享其他資源來幫助和簡化您的設(shè)計過程。
有關(guān)電流感應(yīng)的介紹,請參閱我們的電子書“簡化電流感應(yīng)。”
高電壓、高電流:(>200 A或更常見的1,000 A)
高電壓(≥400 V)全電動系統(tǒng)旨在降低驅(qū)動車輛的牽引系統(tǒng)的電流消耗。這需要隔離解決方案,以便“熱”高壓側(cè)能夠向“冷”側(cè)(連接到低壓≤5-V微控制器或其他電路)提供電流測量。由于I2R的功耗,當(dāng)用分流電阻器測量時,高電流就會出現(xiàn)問題。
如要在這些情況下使用分流器,意味著你必須選擇低于100-µΩ的分流電阻器,但是這些電阻器往往比更為常見的毫歐級電阻器更大、更昂貴。另一種選擇是使用磁性解決方案,但這些磁性解決方案與基于分流器的解決方案相比精度更低,且具有更高的溫度偏移。如果克服了這些性能缺陷,則將極大地增加磁性解決方案的成本和復(fù)雜性。
利用這些設(shè)計資源了解更多信息:
·“雙DRV425母線應(yīng)用的設(shè)計注意事項。”
· “母線運行原理。”
高電壓, 低電流(>400 V 和 <500 A)
此外,高電壓需要一個隔離解決方案。從電流的角度來看,只要低于100 A基本上就是基于分流器的解決方案。在100 A和500 A之間,選擇分流器還是磁性解決方案需要權(quán)衡成本、性能和解決方案尺寸。白皮書介紹了:
·“在車載充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器中比較基于分流器和基于霍爾的電流感應(yīng)解決方案。”
48-V導(dǎo)軌上的精度測量,低電流(<100 A)
48-V導(dǎo)軌的主要設(shè)計挑戰(zhàn)是滿足您的要求所需的生存性電壓,其可能高達120 V。在一些48-V的電機系統(tǒng)中,需要高精度電流測量來使電機效率達到峰值。這些電機系統(tǒng)可能包含牽引逆變器、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或帶啟動發(fā)電機。在線測量可以顯示最精確的實際電機電流,但由于存在高速脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號,因此也非常具有挑戰(zhàn)性,正如以下所述:
·“帶增強PWM抑制的低漂移、高精度、在線電機電流測量。”
對于非電機48-V系統(tǒng),如DC/DC轉(zhuǎn)換器或電池管理系統(tǒng)(BMS),實現(xiàn)雙向DC電流測量比實現(xiàn)切換性能更為關(guān)鍵,正如以下所述:
·“帶瞬態(tài)保護的高壓側(cè)雙向電流感應(yīng)電路。”
消除低側(cè)感應(yīng)的高壓共模電壓要求
低壓側(cè)電流感應(yīng)降低了一些放大器的要求:輸入端不需要經(jīng)受高壓,因為低壓側(cè)感應(yīng)的共模是接地-0 V。
放大器的共模電壓范圍必須包括0 V,以便在低側(cè)測量。如果應(yīng)用是電機低側(cè)相電流測量,則放大器必須具有很高的壓擺率,以調(diào)整打開和關(guān)閉的開關(guān),正如以下所述:
·“三相系統(tǒng)的低漂移、低側(cè)電流測量。”
對于非電機應(yīng)用,你的選擇取決于實現(xiàn)的精度要求。參閱:
·“低側(cè)電流檢測電路集成。”
·“外部電流檢測放大器與用于電流感測的集成車載放大器。”
測量BMS中的多段電流
高精度、多段電流測量(從毫安到1kA)是要在單個解決方案中解決的重大挑戰(zhàn)。磁性解決方案不能很好地測量低電流,因為它們的偏移等級較高和漂移較明顯。由于極低的差動輸入電壓水平,基于分流器的測量需要非常低的偏移,以便能夠測量低于100-μΩ的子分流電阻器上的低電流。
例如,BMS可能想要測量±1,500 A。對于0-A輸出電壓和20增益的±2.5-V輸出擺幅的雙向測量中,最大輸入電壓為±125 mV。這導(dǎo)致分流電阻器的值≤ 83 µΩ。這個分流器在100mA時的電壓降只有8.3µV,這意味著你需要一個具有極低偏移的放大器系統(tǒng)來測量這個電平。如果系統(tǒng)的偏移為1 µV,則此電平誤差為~16%。
如要了解更多,請閱讀:
· “HEV和EV中用于BMS應(yīng)用的基于分流器的電流感應(yīng)解決方案。”
電磁閥中的電流感應(yīng)可實現(xiàn)更平穩(wěn)的驅(qū)動
許多汽車應(yīng)用使用比例電磁閥,但在高壓電流感應(yīng)方面,比例電磁閥主要用于自動變速器。比例電磁閥可在換檔或運行液壓泵時提供平穩(wěn)的駕駛體驗。電磁閥的驅(qū)動能力主要取決于兩個因素:電磁閥驅(qū)動和電磁閥位置感測。
高精度的電流測量能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁柱塞位置的精確閉環(huán)控制。
電磁閥應(yīng)用中的電流傳感器遵循分流原理。脈沖寬度調(diào)制信號可用過毫歐分流器在電磁閥上流動。此毫歐分流器集成在電流檢測放大器的內(nèi)部或外部,具體取決于電流范圍。
有關(guān)電磁閥電流傳感器的更多詳細(xì)信息,請查看:
· “汽車電磁閥中的電流感應(yīng)動力學(xué)。”
· “帶高精度電流傳感器參考設(shè)計的汽車比例電磁閥.”
· “汽車比例電磁閥電流傳感器的參考設(shè)計。”
電流感應(yīng)是汽車設(shè)計中提高電氣化水平的的基礎(chǔ)元件,特別是在高壓系統(tǒng)中。盡管現(xiàn)代汽車對傳感器的要求比以往任何時候都要高,但我在本文中提供的鏈接資源可以幫助你設(shè)計一個性能強大且功率傳輸安全的動力系統(tǒng)。
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