基于 AMR 的電流感應助力下一代電動汽車充電

擴大和升級電動汽車 (EV) 和其他動力移動應用的充電基礎設施對于提高社會接受度至關重要。實施強大、有效的 EV 充電系統是解決范圍焦慮和充電速度等問題的方法。市場機會正在增長，預計到 2025 年電動汽車充電裝置將超過 900 萬臺。本文探討了基于 AMR 的電流傳感如何使電動汽車和相關充電基礎設施受益。

電流感測的作用

改進的各向異性磁阻 (AMR) 電流感應技術使我們家庭和商業場所的電力基礎設施能夠解決 EV 充電系統的可靠性和安全性問題。有效的電源管理可避免性能不佳和災難性故障等問題，這些問題會造成嚴重的火災危險和潛在的死亡事故。電流檢測技術增強了系統功能并直接解決了可靠性和安全問題。關鍵要素包括測量電流、確保的功率因數校正、有效的頻率管理以及解決與提高任何特定電源轉換系統的效率、安全性和性能相關的熱問題。

為了預測和處理潛在有害的電源轉換問題，EV 電池充電系統必須能夠管理超出范圍的電流情況、立即檢測過流情況或識別其他性能損失。問題可能包括意外的接地故障、短路、在極高功率水平下運行或超出電源電路容量的欠載情況。先進的電流測量是防止電子設備損壞的過電流和欠電流的重要組成部分，尤其是在 EV 充電系統的速率和強度下。

過去基于熔斷器的電路保護已不再足夠。先進的電流檢測還可以提高性能，同時保護 EV 充電電路和連接到它的任何車輛電池免遭惡意或無意的誤用。當采用磷酸鐵鋰 (LFP) 或鈦酸鋰 (LTO) 技術 (SoF) 時，庫侖計數可用于確定電池的充電狀態 (SoC)、健康狀態 (SoH) 和功能狀態。

電路保護

使用ACEinna等 AMR 電流感應工具，任何過流檢測響應都可以更好地執行。此外，AMR 電流傳感器的固有隔離使其適用于電路的高側和低側，從而提高了性能和安全性。這些非接觸式電流傳感器沒有功耗問題，提供更快的讀出時間，并使用有源反饋回路來校正偏移。這允許充電器修改增益參數并補償傳感器偏移。

過流和欠流保護、智能故障管理以及外力和輕微損壞等意外安全隱患都取決于快速和的電流檢測。由于它們的密切關系，電源管理和熱管理是同義詞。

電動汽車中的電流感應

對于基于交流電的 EV 充電系統，功率轉換器的接受率控制著充電速度，充電速度因需要對交流電進行整流而降低。直流充電器完全避開轉換器，加速充電過程。現代電源轉換系統可以解決熱量問題，提供的功率因數校正，并通過改進電流感應來增強頻率管理。無論原因是接地故障、短路事件還是高負載條件，都可以通過電流測量來控制系統熱性能，從而避免系統損壞。

與簡單的運算放大器和比較器實施相比，新納電流檢測解決方案的集成封裝節省了空間。集成設備將始終小于由分立部件組裝而成的設備。

功率因數校正 (PFC) 可提高功率因數比，降低電網壓力，提高能源效率并降低電價。電能質量（圖 1）是優化充電的重要組成部分。有效的低壓側電流檢測提高了電源可用性。除了比分流器更小之外，基于 AMR 的電流傳感器也更有效并且產生的熱量更少。此外，與基于霍爾的系統相比，AMR 芯片具有更大的工作帶寬和更高的采樣率。

圖 1：EV 充電中電能質量的改善降低了電網壓力并提高了能源效率

AMR傳感器的優勢

AMR 傳感器利用電流流過導線時產生的磁場來測量與其感應方向平行的磁場強度。放置在 AMR 材料上的 U 形導體是傳感器測量磁場的方式。當導體攜帶相關電流時，磁場會圍繞導體。

AMR 傳感器位于相對的載流導體頂部，距其對稱軸的距離相同。輸出信號由平行于 AMR 傳感器感應方向的磁場強度決定。該測量值被傳感器轉換為電壓輸出。

一種稱為坡莫合金的鎳鐵合金具有在磁場中按比例變化的電阻，而無需接觸產生它正在監測的磁場的電路。因此，就像變壓器一樣，AMR 芯片也是電隔離的。它們還可以加快讀取速度，同時通過有源反饋回路主動補償傳感器偏移，從而允許電路修改增益參數。

結論

為了對電力電子設備提供必要的反饋，大功率 EV 快速充電應用需要改進電流測量。有多種電流感測方法，每種方法各有優缺點。性能、可靠性和安全性都是基于 AMR 的電流感測解決方案所提供的因素。它們還有助于電路保護、降低成本、縮小外形尺寸和應對關鍵電路設計挑戰。