基于 AMR 的電流感應(yīng)助力下一代電動(dòng)汽車充電

擴(kuò)大和升級(jí)電動(dòng)汽車 (EV) 和其他動(dòng)力移動(dòng)應(yīng)用的充電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于提高社會(huì)接受度至關(guān)重要。實(shí)施強(qiáng)大、有效的 EV 充電系統(tǒng)是解決范圍焦慮和充電速度等問題的方法。市場(chǎng)機(jī)會(huì)正在增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2025 年電動(dòng)汽車充電裝置將超過 900 萬臺(tái)。本文探討了基于 AMR 的電流傳感如何使電動(dòng)汽車和相關(guān)充電基礎(chǔ)設(shè)施受益。

電流感測(cè)的作用

改進(jìn)的各向異性磁阻 (AMR) 電流感應(yīng)技術(shù)使我們家庭和商業(yè)場(chǎng)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(huì)造成嚴(yán)重的火災(zāi)危險(xiǎn)和潛在的死亡事故。電流檢測(cè)技術(shù)增強(qiáng)了系統(tǒng)功能并直接解決了可靠性和安全問題。關(guān)鍵要素包括測(cè)量電流、確保的功率因數(shù)校正、有效的頻率管理以及解決與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(cè)和處理潛在有害的電源轉(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(cè)過流情況或識(shí)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(yùn)行或超出電源電路容量的欠載情況。先進(jìn)的電流測(cè)量是防止電子設(shè)備損壞的過電流和欠電流的重要組成部分，尤其是在 EV 充電系統(tǒng)的速率和強(qiáng)度下。

過去基于熔斷器的電路保護(hù)已不再足夠。先進(jìn)的電流檢測(cè)還可以提高性能，同時(shí)保護(hù) EV 充電電路和連接到它的任何車輛電池免遭惡意或無意的誤用。當(dāng)采用磷酸鐵鋰 (LFP) 或鈦酸鋰 (LTO) 技術(shù) (SoF) 時(shí)，庫侖計(jì)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)。

電路保護(hù)

使用ACEinna等 AMR 電流感應(yīng)工具，任何過流檢測(cè)響應(yīng)都可以更好地執(zhí)行。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，提供更快的讀出時(shí)間，并使用有源反饋回路來校正偏移。這允許充電器修改增益參數(shù)并補(bǔ)償傳感器偏移。

過流和欠流保護(hù)、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的電流檢測(cè)。由于它們的密切關(guān)系，電源管理和熱管理是同義詞。

電動(dòng)汽車中的電流感應(yīng)

對(duì)于基于交流電的 EV 充電系統(tǒng)，功率轉(zhuǎn)換器的接受率控制著充電速度，充電速度因需要對(duì)交流電進(jìn)行整流而降低。直流充電器完全避開轉(zhuǎn)換器，加速充電過程。現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以解決熱量問題，提供的功率因數(shù)校正，并通過改進(jìn)電流感應(yīng)來增強(qiáng)頻率管理。無論原因是接地故障、短路事件還是高負(fù)載條件，都可以通過電流測(cè)量來控制系統(tǒng)熱性能，從而避免系統(tǒng)損壞。

與簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器和比較器實(shí)施相比，新納電流檢測(cè)解決方案的集成封裝節(jié)省了空間。集成設(shè)備將始終小于由分立部件組裝而成的設(shè)備。

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(jià)。電能質(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(cè)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。

圖 1：EV 充電中電能質(zhì)量的改善降低了電網(wǎng)壓力并提高了能源效率

AMR傳感器的優(yōu)勢(shì)

AMR 傳感器利用電流流過導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)來測(cè)量與其感應(yīng)方向平行的磁場(chǎng)強(qiáng)度。放置在 AMR 材料上的 U 形導(dǎo)體是傳感器測(cè)量磁場(chǎng)的方式。當(dāng)導(dǎo)體攜帶相關(guān)電流時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)圍繞導(dǎo)體。

AMR 傳感器位于相對(duì)的載流導(dǎo)體頂部，距其對(duì)稱軸的距離相同。輸出信號(hào)由平行于 AMR 傳感器感應(yīng)方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度決定。該測(cè)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(chǎng)中按比例變化的電阻，而無需接觸產(chǎn)生它正在監(jiān)測(cè)的磁場(chǎng)的電路。因此，就像變壓器一樣，AMR 芯片也是電隔離的。它們還可以加快讀取速度，同時(shí)通過有源反饋回路主動(dòng)補(bǔ)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(duì)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(jìn)電流測(cè)量。有多種電流感測(cè)方法，每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。性能、可靠性和安全性都是基于 AMR 的電流感測(cè)解決方案所提供的因素。它們還有助于電路保護(hù)、降低成本、縮小外形尺寸和應(yīng)對(duì)關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。