【導讀】隔離電流傳感器技術(shù)對于汽車(chē)設計越來(lái)越重要。電流傳感已經(jīng)成為汽車(chē)設計的重要組成部分，從簡(jiǎn)單的基于電阻的測量到為分析燃油噴射系統行為而開(kāi)發(fā)的更先進(jìn)的傳感器。隨著(zhù)電氣化的發(fā)展，電流傳感器技術(shù)將發(fā)揮更重要的作用，適應這些新車(chē)輛的特定要求。
隔離電流傳感器技術(shù)對于汽車(chē)設計越來(lái)越重要。電流傳感已經(jīng)成為汽車(chē)設計的重要組成部分，從簡(jiǎn)單的基于電阻的測量到為分析燃油噴射系統行為而開(kāi)發(fā)的更先進(jìn)的傳感器。隨著(zhù)電氣化的發(fā)展，電流傳感器技術(shù)將發(fā)揮更重要的作用，適應這些新車(chē)輛的特定要求。
伴隨電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展而來(lái)的一項重大設計變化是準確檢測高壓子系統中的電流并保護解釋和處理這些信號的先進(jìn)控制器。從快速電池充電電路到加熱裝置，高壓域中的電流傳感器在許多地方都需要。
高壓電流檢測應用
電流感應重要的目標之一是電池管理系統(BMS)。電池對過(guò)度充電很敏感，而 800 V 快速高壓充電的趨勢使得這種測量變得更加重要。通過(guò)監測電流信息，BMS 可以準確感測電池估計值、檢測和診斷故障，并確保安全完成充電。
在電動(dòng)汽車(chē)電機控制單元中，電流水平變化提供的反饋可以準確地確定實(shí)時(shí)功率和扭矩，為算法提供所需的信息，以確定何時(shí)切換為電機提供能量的功率晶體管。由于電機和相關(guān)功率晶體管將在 400 V 甚至更高的電壓下運行以利用效率增益，因此必須保護傳輸到控制器的電流傳感器信號免受浪涌和尖峰的影響。
圖 1. 典型電動(dòng)汽車(chē)中的功率因數校正車(chē)載充電器和 DC/DC 轉換器模塊（NEV WP - 圖 23）。圖片由 Bodo’s Power Systems提供 [PDF]
電流傳感器在車(chē)載充電器 (OBC) 和相關(guān)功率因數校正 (PFC) 電路中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，可確保電動(dòng)汽車(chē)符合將高壓、大電流負載連接到公共電源的規定。在 OBC 中，通常需要傳感器來(lái)測量交流輸入端以及轉換電路和輸出端的電流，以確認充電器正確地將交流電輸送到系統的其余部分，并且以正確的電平向電池組提供直流電。為了確保管理這些系統的微控制器的安全運行，需要隔離高壓子系統中的電流傳感器。
交流和直流選項
除了考慮精度和隔離等屬性外，確定使用哪種電流傳感器技術(shù)的另一個(gè)重要因素是電路是使用交流還是直流操作。雖然電池的輸入和輸出將基于直流，但電機控制器、電動(dòng)空調和類(lèi)似系統通常采用交流操作。
對于直流電，可以使用分流式電流傳感器，這種傳感器使用高電阻元件從流經(jīng)它們的電流中產(chǎn)生電壓信號。 這些 傳感器可以提供高精度和強大的電磁干擾保護。然而，它們的輸出需要外部隔離，因為盡管它們的電阻很高，但它們?yōu)殡娏鲝母邏鹤酉到y到控制電子設備提供了一條直接路徑。
雖然磁阻傳感器現在開(kāi)始出現，采用的技術(shù)與磁存儲器和硬盤(pán)驅動(dòng)器磁頭類(lèi)似，但交流或直流電路中使用的傳感器的技術(shù)是霍爾效應。傳統的霍爾效應傳感器模塊將磁芯纏繞在接口導體上。該磁芯圍繞導體，只留出一小段氣隙，霍爾傳感器元件就位于其中。
圖 2. 不同類(lèi)型的電流傳感器（來(lái)源：NEV WP - 圖 43）。圖片由Bodo’s Power Systems提供 [PDF]
電流通過(guò)磁芯會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生電場(chǎng)。該電場(chǎng)由放置在氣隙中的霍爾元件檢測，從而產(chǎn)生與磁場(chǎng)強度成比例的輸出電壓。該電壓信號與流過(guò)初級導體的電流呈線(xiàn)性關(guān)系。盡管霍爾效應模塊與初級導體隔離，這種設計在配電系統中得到廣泛應用，但它的缺點(diǎn)是尺寸相對較大。然而，這種設計可以安全測量高達 2000 A 的電流。
集成霍爾效應傳感器
利用霍爾效應的集成電路電流傳感器具有體積更小、更易于在 PCB 上部署的優(yōu)點(diǎn)。這種類(lèi)型的霍爾傳感器不使用單獨的磁芯。相反，電流測量是通過(guò)感測流經(jīng)芯片封裝的初級導體的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行的。
由于集成設備的尺寸較小，且封裝受限，集成意味著(zhù)可測量的電流水平低于基于模塊的傳感器。造成這一較低限制的主要原因是傳感器的導電路徑可能對電流施加阻力，從而導致自熱。不過(guò)，制造商已成功限制了這種影響。
集成霍爾效應電流傳感器通常適用于車(chē)載充電系統、加熱系統和某些電機中使用的交流/直流轉換器和逆變器。雖然它們的整體隔離性能與模塊不同，但由于導體和傳感元件之間存在絕緣屏障，因此集成霍爾效應電流傳感器將滿(mǎn)足高隔離要求。
直接感應的一個(gè)潛在問(wèn)題是，強外部磁場(chǎng)會(huì )使信號失真，這在靠近電動(dòng)機的復雜磁環(huán)境中可能會(huì )造成問(wèn)題。解決此問(wèn)題的一種方法是采用兩個(gè)差分霍爾效應元件。這種放置方式可消除任何共模磁場(chǎng)的影響。
圖 3. 框圖顯示了 NSM201x 系列中差分霍爾效應傳感的使用情況（來(lái)源：NEV WP - 圖 44）。圖片由 Bodo’s Power Systems提供 [PDF]
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