解決混合動(dòng)力汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)中的高壓電流感應(yīng)設(shè)計(jì)難題
發(fā)布時(shí)間:2019-12-11 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電氣化已為汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)新的范例——無(wú)論該設(shè)計(jì)是混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)還是電動(dòng)汽車(chē)(EV),總有新的設(shè)計(jì)難題要解決。在這篇技術(shù)文章中,我想要強(qiáng)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(lái)幫助和簡(jiǎn)化您的設(shè)計(jì)過(guò)程。
有關(guān)電流感應(yīng)的介紹,請(qǐng)參閱我們的電子書(shū)“簡(jiǎn)化電流感應(yīng)。”
高電壓、高電流:(>200 A或更常見(jiàn)的1,000 A)
高電壓(≥400 V)全電動(dòng)系統(tǒng)旨在降低驅(qū)動(dòng)車(chē)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(cè)量。由于I2R的功耗,當(dāng)用分流電阻器測(cè)量時(shí),高電流就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(jiàn)的毫歐級(jí)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(jì)資源了解更多信息:
·“雙DRV425母線應(yīng)用的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。”
· “母線運(yùn)行原理。”
高電壓, 低電流(>400 V 和 <500 A)
此外,高電壓需要一個(gè)隔離解決方案。從電流的角度來(lái)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(shū)介紹了:
·“在車(chē)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(cè)量,低電流(<100 A)
48-V導(dǎo)軌的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是滿足您的要求所需的生存性電壓,其可能高達(dá)120 V。在一些48-V的電機(jī)系統(tǒng)中,需要高精度電流測(cè)量來(lái)使電機(jī)效率達(dá)到峰值。這些電機(jī)系統(tǒng)可能包含牽引逆變器、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或帶啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。在線測(cè)量可以顯示最精確的實(shí)際電機(jī)電流,但由于存在高速脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào),因此也非常具有挑戰(zhàn)性,正如以下所述:
·“帶增強(qiáng)PWM抑制的低漂移、高精度、在線電機(jī)電流測(cè)量。”
對(duì)于非電機(jī)48-V系統(tǒng),如DC/DC轉(zhuǎn)換器或電池管理系統(tǒng)(BMS),實(shí)現(xiàn)雙向DC電流測(cè)量比實(shí)現(xiàn)切換性能更為關(guān)鍵,正如以下所述:
·“帶瞬態(tài)保護(hù)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?yàn)榈蛪簜?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(cè)量。如果應(yīng)用是電機(jī)低側(cè)相電流測(cè)量,則放大器必須具有很高的壓擺率,以調(diào)整打開(kāi)和關(guān)閉的開(kāi)關(guān),正如以下所述:
·“三相系統(tǒng)的低漂移、低側(cè)電流測(cè)量。”
對(duì)于非電機(jī)應(yīng)用,你的選擇取決于實(shí)現(xiàn)的精度要求。參閱:
·“低側(cè)電流檢測(cè)電路集成。”
·“外部電流檢測(cè)放大器與用于電流感測(cè)的集成車(chē)載放大器。”
測(cè)量BMS中的多段電流
高精度、多段電流測(cè)量(從毫安到1kA)是要在單個(gè)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(cè)量低電流,因?yàn)樗鼈兊钠频燃?jí)較高和漂移較明顯。由于極低的差動(dòng)輸入電壓水平,基于分流器的測(cè)量需要非常低的偏移,以便能夠測(cè)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(cè)量±1,500 A。對(duì)于0-A輸出電壓和20增益的±2.5-V輸出擺幅的雙向測(cè)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(gè)分流器在100mA時(shí)的電壓降只有8.3µV,這意味著你需要一個(gè)具有極低偏移的放大器系統(tǒng)來(lái)測(cè)量這個(gè)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(qǐng)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(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)
許多汽車(chē)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(dòng)變速器。比例電磁閥可在換檔或運(yùn)行液壓泵時(shí)提供平穩(wěn)的駕駛體驗(yàn)。電磁閥的驅(qū)動(dòng)能力主要取決于兩個(gè)因素:電磁閥驅(qū)動(dòng)和電磁閥位置感測(cè)。
高精度的電流測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(hào)可用過(guò)毫歐分流器在電磁閥上流動(dòng)。此毫歐分流器集成在電流檢測(cè)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(qǐng)查看:
· “汽車(chē)電磁閥中的電流感應(yīng)動(dòng)力學(xué)。”
· “帶高精度電流傳感器參考設(shè)計(jì)的汽車(chē)比例電磁閥.”
· “汽車(chē)比例電磁閥電流傳感器的參考設(shè)計(jì)。”
電流感應(yīng)是汽車(chē)設(shè)計(jì)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(chē)對(duì)傳感器的要求比以往任何時(shí)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(jì)一個(gè)性能強(qiáng)大且功率傳輸安全的動(dòng)力系統(tǒng)。
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