2021年11月08日 | 先进电流传感器驱动电动汽车的直流快充

面对日益增长的电动汽车消费市场，直流快速充电系统正成为一种更好的选择。尽管电动汽车使用率正不断提升，但仍需面对续航里程和电池寿命方面的问题。

通过提升电动汽车电子控制设备的效率（如电源管理和电机控制）以及提高动力电池功率密度，虽然已经大大缓解了续航里程和容量的问题，但电动汽车充电时间背后仍然存在合理的担忧。因此，电动汽车行业迫切的需要可推向大众的先进快速充电系统。

更快的充电速度可以解决终端用户问题，提高电动汽车使用率。随着电动汽车充电市场的快速发展，预计到2025年电动汽车充电桩的安装量将超过900万台。这一增长也将带动市场资本的发展，2019年电动汽车充电桩市场约为40亿美元，预计到2027年将达到255亿美元。

电动汽车充电时有几种可选的方法。目前正在大力部署的是高速公路和城市充电站，但家用充电也将成为一个不可或缺的市场趋势。私家车大多在夜间停放，所以家用充电比其他地方更方便、更便宜。但并不排除家庭充电也可能需要短时间的为其他家用车辆或访客车辆提供日间快速充电。

充电类型

最常见的壁挂式充电器被称为 L1级和 L2级系统。电动汽车电池用直流电流充电，而民用电力多为交流电源，因此需要一个转换阶段。在某些情况下使用OBC更为经济实惠，因为OBC替代了需要的内部充电转换的系统，而且车内转换电路限制了功率容量和充电时间。

L3 级直流快速充电可提供更高的电压（最高可达800伏特），可为一些插电式电动汽车实现快速充电。但由于成本原因，该解决方案最适合住宅和商业建筑以及公共设施。对于大多数家庭部署，高功率L2级系统（当前运行电流高达50安培）已成为主流解决方案。

家用直流快速充电系统正成为日益增长的电力移动基础设施的重要组成部分。 在开发面向消费者的产品时，寿命和可靠性在购买决策中与成本效益相竞争。经济有效地提高电源转换系统的效率、安全性和性能可以大大提高消费者的接受度。电源转换系统的四个方面包括电流测量、确保严格的功率因数校正（过流检测）、开关频率管理和热管理，每个方面都会相互影响系统的整体性能。

电流检测

除了确定功率输出外，电流测量还可以帮助管理热性能。较差的热管理具有破坏性且成本高昂，如果处理得当，可以显着提高性能、安全性和成本效益。电流测量提供了早期故障检测和实时性能信息。许多电力系统需要指示超出范围的电流状况，过电流条件或其他性能损失，以预测和解决潜在的热问题。

电力电子设备的性能以及由此产生的系统热问题的危险范围，从接地故障和短路到在极端功率水平和超出系统支持能力的负载条件下运行。充电系统中的电流传感器部署在充电系统的每个变流器模块中，作为反馈控制回路功能的一部分，调节逆变器中电力系统的性能、效率和热线性度。

当涉及到电力系统中的电流检测时，与使用运放器和比较器的电路板组装解决方案相比，集成感应解决方案可显著节省封装面积。非集成方案的大小将根据所选实际组件而有所不同，但它会比单一封装解决方案更大。如果对设备使用这种规格约2~3毫米的传统组件封装尺寸，将导致解决方案封装尺寸达到数十毫米。

过流检测

电流测量是防止电子系统损坏的过流和欠压保护防止损坏的一个关键方面。在现代电源系统的开关速度、功率等级和常开状态下，除了防止灾难性故障外，保险丝已不再适用于任何先进的电源产品。

除了在过流情况下切断电源外，使用保险丝保护不会提供关于电力系统实际性能的任何信息。通过使用电流传感器，可以针对给定应用优化过流检测响应。整个系统的电路保护和安全性至关重要，使用新纳传感的电流传感解决方案就非常适合过流检测，因为它们具有非常快的响应速度和大电流测量范围。由于隔离，可用于电路的高压侧和低压侧。

将隔离功能等方面与核心各向异性磁阻 (AMR)技术相结合，创造出精确且非接触式的传感器。与分流器加隔离放大器的解决方案相比，这种电流检测方式可优化性能并支持温度校正，从而降低客户设计的复杂性。此外，通过在高压侧使用新纳传感的电流传感器等设备，可以检测到相电流的接地故障(可能是由于接线错误、老化等原因)，从而保护整个系统。

电能质量对于高效运行至关重要，功率因数是其中的重要组成部分。功率因数测量所用输入功率的效率，是有功功率与视在功率之比。如果功率因数很差，低于 95%，则会导致做相同工作所需的电流增加。功率因数校正 (PFC) 提高了该比率和电能质量。PFC 可降低电网压力、提高设备能效并降低电力成本，同时降低系统故障的不稳定性和风险。

产生与负载（例如靠近负载的电池充电器）吸收的能量相反的无功能量，可提高功率因数，并在负载点以所需的实时水平进行理想补偿。在低压侧的 PFC 设备上使用电流传感器可提高可用功率。

当涉及谐波失真时, AC / DC逆变器前端需要PFC，大多数情况下，AC/DC前端模块的一次侧和二次侧之间需要隔离，新纳传感的电流传感器不仅简化了整体系统设计，而且降低了实施成本。

开关频率

随着对更高性能需求的不断增加，CPU、DSP 和其他此类设备的耗电量越来越大。在增加功率密度的同时，增加稳压器频率可减小相关电源电路的尺寸和电路板占用空间要求。然而，随着频率的增加，开关损耗也会增加，主要是由于在开通时的高压侧损耗，以及体二极管传导损耗。这就限制了传统转换器和稳压器的开关频率。

高级快速开关电路中的电流测量需要实时跟踪电流，以尽可能提高效率。人工智能和机器学习也需要智能电流测量，以创建控制算法，获得更好的性能。由于其高相位裕度，新纳传感的高精度和高带宽电流解决方案提高了系统效率，简化了电流控制设计。

未来

为了加速电动汽车的普及和市场占有力，快速充电系统市场需要更先进、高效和更具成本效益的充电解决方案。

快速直流充电作为一种更可取的电动汽车充电形式，通过使用先进的电流传感系统来优化此类系统，将确保产品能够在快速增长的电动汽车充电市场中获得成功。