先進(jìn)電流傳感器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的直流快充
2022-2-9 13:38:14??????點(diǎn)擊：
面對(duì)日益增長的電動(dòng)汽車消費(fèi)市場，直流快速充電系統(tǒng)正成為一種更好的選擇。盡管電動(dòng)汽車使用率正不斷提升，但仍需面對(duì)續(xù)航里程和電池壽命方面的問題。
電動(dòng)汽車
通過提升電動(dòng)汽車電子控制設(shè)備的效率（如電源管理和電機(jī)控制）以及提高動(dòng)力電池功率密度，雖然已經(jīng)大大緩解了續(xù)航里程和容量的問題，但電動(dòng)汽車充電時(shí)間背后仍然存在合理的擔(dān)憂。因此，電動(dòng)汽車行業(yè)迫切的需要可推向大眾的先進(jìn)快速充電系統(tǒng)。
更快的充電速度可以解決終端用戶問題，提高電動(dòng)汽車使用率。隨著電動(dòng)汽車充電市場的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2025年電動(dòng)汽車充電樁的安裝量將超過900萬臺(tái)。這一增長也將帶動(dòng)市場資本的發(fā)展，2019年電動(dòng)汽車充電樁市場約為40億美元，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到255億美元。
電動(dòng)汽車充電時(shí)有幾種可選的方法。目前正在大力部署的是高速公路和城市充電站，但家用充電也將成為一個(gè)不可或缺的市場趨勢。私家車大多在夜間停放，所以家用充電比其他地方更方便、更便宜。但并不排除家庭充電也可能需要短時(shí)間的為其他家用車輛或訪客車輛提供日間快速充電。
充電類型
最常見的壁掛式充電器被稱為 L1級(jí)和 L2級(jí)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車電池用直流電流充電，而民用電力多為交流電源，因此需要一個(gè)轉(zhuǎn)換階段。在某些情況下使用OBC更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，因?yàn)镺BC替代了需要的內(nèi)部充電轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，而且車內(nèi)轉(zhuǎn)換電路限制了功率容量和充電時(shí)間。
L3 級(jí)直流快速充電可提供更高的電壓（最高可達(dá)800伏特），可為一些插電式電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)快速充電。但由于成本原因，該解決方案最適合住宅和商業(yè)建筑以及公共設(shè)施。對(duì)于大多數(shù)家庭部署，高功率L2級(jí)系統(tǒng)（當(dāng)前運(yùn)行電流高達(dá)50安培）已成為主流解決方案。
家用直流快速充電系統(tǒng)正成為日益增長的電力移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。 在開發(fā)面向消費(fèi)者的產(chǎn)品時(shí)，壽命和可靠性在購買決策中與成本效益相競爭。經(jīng)濟(jì)有效地提高電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能可以大大提高消費(fèi)者的接受度。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的四個(gè)方面包括電流測量、確保嚴(yán)格的功率因數(shù)校正（過流檢測）、開關(guān)頻率管理和熱管理，每個(gè)方面都會(huì)相互影響系統(tǒng)的整體性能。
電流檢測
除了確定功率輸出外，電流測量還可以幫助管理熱性能。較差的熱管理具有破壞性且成本高昂，如果處理得當(dāng)，可以顯著提高性能、安全性和成本效益。電流測量提供了早期故障檢測和實(shí)時(shí)性能信息。許多電力系統(tǒng)需要指示超出范圍的電流狀況，過電流條件或其他性能損失，以預(yù)測和解決潛在的熱問題。
電力電子設(shè)備的性能以及由此產(chǎn)生的系統(tǒng)熱問題的危險(xiǎn)范圍，從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統(tǒng)支持能力的負(fù)載條件下運(yùn)行。充電系統(tǒng)中的電流傳感器部署在充電系統(tǒng)的每個(gè)變流器模塊中，作為反饋控制回路功能的一部分，調(diào)節(jié)逆變器中電力系統(tǒng)的性能、效率和熱線性度。
當(dāng)涉及到電力系統(tǒng)中的電流檢測時(shí)，與使用運(yùn)放器和比較器的電路板組裝解決方案相比，集成感應(yīng)解決方案可顯著節(jié)省封裝面積。非集成方案的大小將根據(jù)所選實(shí)際組件而有所不同，但它會(huì)比單一封裝解決方案更大。如果對(duì)設(shè)備使用這種規(guī)格約2~3毫米的傳統(tǒng)組件封裝尺寸，將導(dǎo)致解決方案封裝尺寸達(dá)到數(shù)十毫米。
過流檢測
電流測量是防止電子系統(tǒng)損壞的過流和欠壓保護(hù)防止損壞的一個(gè)關(guān)鍵方面。在現(xiàn)代電源系統(tǒng)的開關(guān)速度、功率等級(jí)和常開狀態(tài)下，除了防止災(zāi)難性故障外，保險(xiǎn)絲已不再適用于任何先進(jìn)的電源產(chǎn)品。
除了在過流情況下切斷電源外，使用保險(xiǎn)絲保護(hù)不會(huì)提供關(guān)于電力系統(tǒng)實(shí)際性能的任何信息。通過使用電流傳感器，可以針對(duì)給定應(yīng)用優(yōu)化過流檢測響應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)的電路保護(hù)和安全性至關(guān)重要，使用新納傳感的電流傳感解決方案就非常適合過流檢測，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅？斓捻憫?yīng)速度和大電流測量范圍。由于隔離，可用于電路的高壓側(cè)和低壓側(cè)。
將隔離功能等方面與核心各向異性磁阻 (AMR)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出精確且非接觸式的傳感器。與分流器加隔離放大器的解決方案相比，這種電流檢測方式可優(yōu)化性能并支持溫度校正，從而降低客戶設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，通過在高壓側(cè)使用新納傳感的電流傳感器等設(shè)備，可以檢測到相電流的接地故障(可能是由于接線錯(cuò)誤、老化等原因)，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。
電能質(zhì)量對(duì)于高效運(yùn)行至關(guān)重要，功率因數(shù)是其中的重要組成部分。功率因數(shù)測量所用輸入功率的效率，是有功功率與視在功率之比。如果功率因數(shù)很差，低于 95%，則會(huì)導(dǎo)致做相同工作所需的電流增加。功率因數(shù)校正 (PFC) 提高了該比率和電能質(zhì)量。PFC 可降低電網(wǎng)壓力、提高設(shè)備能效并降低電力成本，同時(shí)降低系統(tǒng)故障的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)。
產(chǎn)生與負(fù)載（例如靠近負(fù)載的電池充電器）吸收的能量相反的無功能量，可提高功率因數(shù)，并在負(fù)載點(diǎn)以所需的實(shí)時(shí)水平進(jìn)行理想補(bǔ)償。在低壓側(cè)的 PFC 設(shè)備上使用電流傳感器可提高可用功率。
當(dāng)涉及諧波失真時(shí), AC / DC逆變器前端需要PFC，大多數(shù)情況下，AC/DC前端模塊的一次側(cè)和二次側(cè)之間需要隔離，新納傳感的電流傳感器不僅簡化了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且降低了實(shí)施成本。
開關(guān)頻率
隨著對(duì)更高性能需求的不斷增加，CPU、DSP 和其他此類設(shè)備的耗電量越來越大。在增加功率密度的同時(shí)，增加穩(wěn)壓器頻率可減小相關(guān)電源電路的尺寸和電路板占用空間要求。然而，隨著頻率的增加，開關(guān)損耗也會(huì)增加，主要是由于在開通時(shí)的高壓側(cè)損耗，以及體二極管傳導(dǎo)損耗。這就限制了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率。
高級(jí)快速開關(guān)電路中的電流測量需要實(shí)時(shí)跟蹤電流，以盡可能提高效率。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)也需要智能電流測量，以創(chuàng)建控制算法，獲得更好的性能。由于其高相位裕度，新納傳感的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統(tǒng)效率，簡化了電流控制設(shè)計(jì)。
未來
為了加速電動(dòng)汽車的普及和市場占有力，快速充電系統(tǒng)市場需要更先進(jìn)、高效和更具成本效益的充電解決方案。
快速直流充電作為一種更可取的電動(dòng)汽車充電形式，通過使用先進(jìn)的電流傳感系統(tǒng)來優(yōu)化此類系統(tǒng)，將確保產(chǎn)品能夠在快速增長的電動(dòng)汽車充電市場中獲得成功。
電動(dòng)汽車
通過提升電動(dòng)汽車電子控制設(shè)備的效率（如電源管理和電機(jī)控制）以及提高動(dòng)力電池功率密度，雖然已經(jīng)大大緩解了續(xù)航里程和容量的問題，但電動(dòng)汽車充電時(shí)間背后仍然存在合理的擔(dān)憂。因此，電動(dòng)汽車行業(yè)迫切的需要可推向大眾的先進(jìn)快速充電系統(tǒng)。
更快的充電速度可以解決終端用戶問題，提高電動(dòng)汽車使用率。隨著電動(dòng)汽車充電市場的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2025年電動(dòng)汽車充電樁的安裝量將超過900萬臺(tái)。這一增長也將帶動(dòng)市場資本的發(fā)展，2019年電動(dòng)汽車充電樁市場約為40億美元，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到255億美元。
電動(dòng)汽車充電時(shí)有幾種可選的方法。目前正在大力部署的是高速公路和城市充電站，但家用充電也將成為一個(gè)不可或缺的市場趨勢。私家車大多在夜間停放，所以家用充電比其他地方更方便、更便宜。但并不排除家庭充電也可能需要短時(shí)間的為其他家用車輛或訪客車輛提供日間快速充電。
充電類型
最常見的壁掛式充電器被稱為 L1級(jí)和 L2級(jí)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車電池用直流電流充電，而民用電力多為交流電源，因此需要一個(gè)轉(zhuǎn)換階段。在某些情況下使用OBC更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，因?yàn)镺BC替代了需要的內(nèi)部充電轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，而且車內(nèi)轉(zhuǎn)換電路限制了功率容量和充電時(shí)間。
L3 級(jí)直流快速充電可提供更高的電壓（最高可達(dá)800伏特），可為一些插電式電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)快速充電。但由于成本原因，該解決方案最適合住宅和商業(yè)建筑以及公共設(shè)施。對(duì)于大多數(shù)家庭部署，高功率L2級(jí)系統(tǒng)（當(dāng)前運(yùn)行電流高達(dá)50安培）已成為主流解決方案。
家用直流快速充電系統(tǒng)正成為日益增長的電力移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。 在開發(fā)面向消費(fèi)者的產(chǎn)品時(shí)，壽命和可靠性在購買決策中與成本效益相競爭。經(jīng)濟(jì)有效地提高電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能可以大大提高消費(fèi)者的接受度。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的四個(gè)方面包括電流測量、確保嚴(yán)格的功率因數(shù)校正（過流檢測）、開關(guān)頻率管理和熱管理，每個(gè)方面都會(huì)相互影響系統(tǒng)的整體性能。
電流檢測
除了確定功率輸出外，電流測量還可以幫助管理熱性能。較差的熱管理具有破壞性且成本高昂，如果處理得當(dāng)，可以顯著提高性能、安全性和成本效益。電流測量提供了早期故障檢測和實(shí)時(shí)性能信息。許多電力系統(tǒng)需要指示超出范圍的電流狀況，過電流條件或其他性能損失，以預(yù)測和解決潛在的熱問題。
電力電子設(shè)備的性能以及由此產(chǎn)生的系統(tǒng)熱問題的危險(xiǎn)范圍，從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統(tǒng)支持能力的負(fù)載條件下運(yùn)行。充電系統(tǒng)中的電流傳感器部署在充電系統(tǒng)的每個(gè)變流器模塊中，作為反饋控制回路功能的一部分，調(diào)節(jié)逆變器中電力系統(tǒng)的性能、效率和熱線性度。
當(dāng)涉及到電力系統(tǒng)中的電流檢測時(shí)，與使用運(yùn)放器和比較器的電路板組裝解決方案相比，集成感應(yīng)解決方案可顯著節(jié)省封裝面積。非集成方案的大小將根據(jù)所選實(shí)際組件而有所不同，但它會(huì)比單一封裝解決方案更大。如果對(duì)設(shè)備使用這種規(guī)格約2~3毫米的傳統(tǒng)組件封裝尺寸，將導(dǎo)致解決方案封裝尺寸達(dá)到數(shù)十毫米。
過流檢測
電流測量是防止電子系統(tǒng)損壞的過流和欠壓保護(hù)防止損壞的一個(gè)關(guān)鍵方面。在現(xiàn)代電源系統(tǒng)的開關(guān)速度、功率等級(jí)和常開狀態(tài)下，除了防止災(zāi)難性故障外，保險(xiǎn)絲已不再適用于任何先進(jìn)的電源產(chǎn)品。
除了在過流情況下切斷電源外，使用保險(xiǎn)絲保護(hù)不會(huì)提供關(guān)于電力系統(tǒng)實(shí)際性能的任何信息。通過使用電流傳感器，可以針對(duì)給定應(yīng)用優(yōu)化過流檢測響應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)的電路保護(hù)和安全性至關(guān)重要，使用新納傳感的電流傳感解決方案就非常適合過流檢測，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅？斓捻憫?yīng)速度和大電流測量范圍。由于隔離，可用于電路的高壓側(cè)和低壓側(cè)。
將隔離功能等方面與核心各向異性磁阻 (AMR)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出精確且非接觸式的傳感器。與分流器加隔離放大器的解決方案相比，這種電流檢測方式可優(yōu)化性能并支持溫度校正，從而降低客戶設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，通過在高壓側(cè)使用新納傳感的電流傳感器等設(shè)備，可以檢測到相電流的接地故障(可能是由于接線錯(cuò)誤、老化等原因)，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。
電能質(zhì)量對(duì)于高效運(yùn)行至關(guān)重要，功率因數(shù)是其中的重要組成部分。功率因數(shù)測量所用輸入功率的效率，是有功功率與視在功率之比。如果功率因數(shù)很差，低于 95%，則會(huì)導(dǎo)致做相同工作所需的電流增加。功率因數(shù)校正 (PFC) 提高了該比率和電能質(zhì)量。PFC 可降低電網(wǎng)壓力、提高設(shè)備能效并降低電力成本，同時(shí)降低系統(tǒng)故障的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)。
產(chǎn)生與負(fù)載（例如靠近負(fù)載的電池充電器）吸收的能量相反的無功能量，可提高功率因數(shù)，并在負(fù)載點(diǎn)以所需的實(shí)時(shí)水平進(jìn)行理想補(bǔ)償。在低壓側(cè)的 PFC 設(shè)備上使用電流傳感器可提高可用功率。
當(dāng)涉及諧波失真時(shí), AC / DC逆變器前端需要PFC，大多數(shù)情況下，AC/DC前端模塊的一次側(cè)和二次側(cè)之間需要隔離，新納傳感的電流傳感器不僅簡化了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且降低了實(shí)施成本。
開關(guān)頻率
隨著對(duì)更高性能需求的不斷增加，CPU、DSP 和其他此類設(shè)備的耗電量越來越大。在增加功率密度的同時(shí)，增加穩(wěn)壓器頻率可減小相關(guān)電源電路的尺寸和電路板占用空間要求。然而，隨著頻率的增加，開關(guān)損耗也會(huì)增加，主要是由于在開通時(shí)的高壓側(cè)損耗，以及體二極管傳導(dǎo)損耗。這就限制了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率。
高級(jí)快速開關(guān)電路中的電流測量需要實(shí)時(shí)跟蹤電流，以盡可能提高效率。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)也需要智能電流測量，以創(chuàng)建控制算法，獲得更好的性能。由于其高相位裕度，新納傳感的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統(tǒng)效率，簡化了電流控制設(shè)計(jì)。
未來
為了加速電動(dòng)汽車的普及和市場占有力，快速充電系統(tǒng)市場需要更先進(jìn)、高效和更具成本效益的充電解決方案。
快速直流充電作為一種更可取的電動(dòng)汽車充電形式，通過使用先進(jìn)的電流傳感系統(tǒng)來優(yōu)化此類系統(tǒng)，將確保產(chǎn)品能夠在快速增長的電動(dòng)汽車充電市場中獲得成功。
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