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基于AMR的电流传感技术为下一代电动汽车充电赋能

2023-03-08 14:28:47 Maurizio Di Paolo Emilio 阅读:
基于各向异性磁阻(AMR)电流传感技术的先进电源管理对于未来的电动汽车和相关充电基础设施至关重要。

扩大和升级电动汽车(EV)和其他电动应用的充电基础设施对于提高社会接受度至关重要。实施最强大、最有效的EV充电系统是解决续航焦虑和充电速度等问题的最佳方法。市场的机会正在增长,预计到2025年电动汽车充电设备将超过900万台。本文探讨了基于AMR的电流传感技术如何使电动汽车和相关充电基础设施受益。ejHednc

中国是世界上最大的新能源汽车生产国、消费国,也是世界上规模最大、出口量最大的汽车出口国 。新能源汽车这些年的快速发展离不开与其对应的基础设施建设,充电技术作为新能源汽车使用中至关重要的环节也在近些年得到了极大的提升。ejHednc

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电流传感的作用

改良的AMR电流传感技术使我们家庭和营业场所的电力基础设施能够解决EV充电系统的可靠性和安全性问题。有效的电源管理可避免性能不佳和灾难性故障等问题,这些问题会造成严重的火灾风险和潜在的死亡事故。电流传感技术增强了系统功能并直接解决了可靠性和安全问题。其主要内容包括测量电流、确保精确的功率因数校正、有效的频率管理,以及解决有关提高任何特定电源转换系统的效率、安全性和性能相关的热问题。ejHednc

为了预测和处理潜在的有害电源转换问题,EV电池充电系统必须能够管理超出范围的电流情况,立即检测过流情况或识别其他性能损失。问题可能包括意外的接地故障、短路、在极高功率水平下运行或超出电源电路容量的欠载情况。先进的电流测量是防止电子设备损坏的过流和欠流保护的重要组成部分,尤其是在EV充电系统的速度和强度下。ejHednc

过去熔断器的电路保护已不再足够胜任。先进的电流检测也提高了性能,同时保障了EV充电电路和任何连接到它的车辆电池免受恶意或无意的误用。当采用磷酸铁锂(LFP)或钛酸锂(LTO)技术时,库仑计数可用于确定电池的充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)。ejHednc

电路保护

使用ACEinna等AMR电流传感工具,任何过流检测反应都可以表现得更好。此外,AMR电流传感器的固有隔离使其适用于电路的高侧和低侧,从而提高了性能和安全性。这些非接触式电流传感器没有功耗问题,可以提供更快的读出时间,并使用主动反馈回路来校正偏移。这使得充电器可以修改增益参数并补偿传感器偏移。ejHednc

过流和欠流保护、智能故障管理以及外力和轻微损坏等意外安全隐患都取决于快速和精确的电流检测。由于它们的密切关系,电源管理等同于热管理。ejHednc

电动汽车中的电流传感

对于交流电的EV充电系统,功率转换器的接受率控制着充电速度,由于需要对交流电进行整流,充电速度会降低。直流充电器完全避免了转换器,加速了充电过程。现代电源转换系统可以解决热量问题,提供精确的功率因数校正,并通过改进电流传感来增强频率管理。通过电流测量控制系统的热性能,可以避免系统损坏,无论其原因是接地故障、短路事故还是高负载条件。ejHednc

与简单的运算放大器和比较器实现相比,Aceinna电流传感解决方案的集成封装节省了空间。单个集成元器件始终比由多个分立器件组装而成的设备小。ejHednc

功率因数校正(PFC)可提高功率因数比,降低电网压力,提高能源效率并降低电价。电源质量(图1)是优化充电的重要组成部分。有效的低压侧电流检测提高了电源可用性。除了比分流器更小之外,基于AMR的电流传感器也更有效,并且产生的热量更少。此外,与基于霍尔传感器的系统相比,AMR芯片具有更大的工作带宽和更高的采样率。ejHednc

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图1:EV充电中电源质量的改善降低了电网压力并提高了能源效率ejHednc

AMR传感器的优势

AMR传感器利用电流流过导线时产生的磁场来测量与其传感方向平行的磁场强度。放置在AMR材料上的U形导体是传感器测量磁场的手段。当导体携带相关电流时,磁场会围绕着它。ejHednc

AMR传感器在距其对称轴相同距离的相对的载流导体上面。输出信号由平行于AMR传感器传感方向的磁场强度决定。该测量值被传感器转换为电压输出。ejHednc

一种称为坡莫合金的镍铁合金具有在磁场中按比例变化的电阻,而无需接触产生它正在监测的磁场的电路。因此,就像变压器一样,AMR芯片也是电气隔离的。它们还可以加快读取速度,同时通过主动反馈回路主动补偿传感器偏移,从而允许电路修改增益参数。ejHednc

结论 

为了对电力电子设备提供必要的反馈,大功率EV快速充电应用需要改进电流测量。目前有各种精确的电流传感方法,而每种方法都各有优缺点。性能、可靠性和安全性都是基于AMR的电流传感解决方案所提供的好处。它们还有助于电路保护、降低成本、缩小外形尺寸和应对关键电路设计挑战。ejHednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:AMR-based current sensing empowers next-gen EV charging,由Ricardo Xie编译。)ejHednc

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