- 如何通過先進的電流檢測實現汽車直流快速充電
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2021/11/29
盡管范圍焦慮正在從反對采用電動汽車的短名單中消失，但它已被充電速度焦慮所取代。對于要求苛刻的消費市場，快速直流充電系統正在成為首選方式。
雖然電動汽車 (EV) 的采用曲線不斷向好轉，但汽車行業正在應對剩余的續航里程焦慮和電池壽命恐懼。
通過改進 EV 電子設備（例如電源管理和電機控制）以及增加的能量存儲密度，汽車行業已經大大減輕了對續航里程和容量的擔憂。電動汽車充電時間背后仍然存在合理的擔憂。這就是為什么電動汽車行業必須采用先進的快速電池充電系統并將其提供給公眾的原因。
更快的充電將增加電動汽車的采用，因為它直接解決了用戶感知到的問題。它在財務上也有利可圖，因為電動汽車充電市場正在快速增長，預計到 2025 年安裝量將超過 900 萬臺。 2019 年，電動汽車充電器市場約為 40 億美元，到 2027 年應達到 255 億美元 (https://www. alliedmarketresearch.com/）。到 2027 年，全球電動汽車充電站市場預計將增長到 30,758,000 臺。在為電動汽車充電時，有幾種可用的方法。目前正在部署高速公路和城市充電站，但在家充電的能力是一個主要的市場趨勢。大多數個人乘用車會在夜間停放，這使得在家充電比在其他地方充電更容易且通常更便宜。然而，
充電類型
最常見的壁式插頭充電器被稱為 1 級和 2 級系統。由于 EV 電池使用直流電流充電，因此需要一個轉換階段。在某些部署中使用車載交流充電器更實惠，因為車載電源轉換階段取代了任何所需的內部充電系統。然而，車載轉換電路限制了功率容量和充電時間（見圖 1）。
圖 1. 各種級別的交流和直流電動汽車充電系統。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
3 級直流快速充電可提供更高的電壓，并且可以為一些高達 800 伏的插電式電動汽車充電，從而實現非常快速的充電。由于成本原因，該解決方案最適合住宅和商業建筑以及設施。對于大多數家庭部署，目前以高達 50 安培的水平運行的高功率 2 級系統被證明是最好的主流解決方案。
家用直流快速充電系統正在成為不斷增長的電動交通基礎設施的重要組成部分。在開發面向消費者的資本貨物時，壽命和可靠性與購買決策中的成本效益相競爭。經濟高效地提高電源轉換系統的效率、安全性和性能，可以提高消費者的接受度。電源轉換系統的四個方面涉及測量電流、確保嚴格的功率因數校正、頻率管理和解決熱問題。每個都相互影響以影響系統的整體性能。
圖 2. 快速直流汽車充電系統大大減少了為電動汽車充電并將其重新上路所需的時間。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
電流測量
除了確定功率輸出，電流測量還可以幫助管理熱性能。不良的熱管理具有破壞性且成本高昂，如果處理得當，可以顯著提高性能、安全性和成本效益。電流測量提供早期故障檢測和實時性能信息等。許多電力系統需要指示超出范圍的電流狀況、過電流狀況或其他性能損失，以預測和解決潛在的熱問題。電力電子設備的性能以及由此產生的系統熱問題的危險范圍從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統支持能力的負載條件下運行。
就電源系統中的電流感應而言，與使用運算放大器和比較器的板組裝解決方案相比，集成感應解決方案可顯著節省占用空間。非集成實施的規模將根據所選的實際組件而有所不同，但它會比單一封裝解決方案大。如果我們對這種類型的設備使用傳統的組件封裝尺寸，大約 2~3 毫米，這會導致解決方案占位面積達數十毫米。
過流檢測
根據定義，電流測量是防止電子系統損壞的過流和欠流保護的一個關鍵方面。在現代系統的速度、功率水平和永遠在線方面，除了防止災難性故障之外，保險絲在任何方面都不再適用于先進的電源產品。除了在過流情況下切斷電源之外，使用保險絲進行保護并不會為您提供有關電源系統實際性能的任何信息。使用電流傳感器，可以針對給定應用優化過流檢測響應。整個系統的電路保護和安全性至關重要，像 ACEINNA 這樣的電流檢測解決方案非常適合過流檢測，因為它們具有非常快的響應和大電流測量范圍。被隔離，
將隔離等方面與核心各向異性磁阻 (AMR) 技術相結合，創建了精確且非接觸式的傳感器。與分流加隔離放大器解決方案相比，這種電流檢測方式可優化性能并支持溫度校正，從而降低客戶設計的復雜性。此外，通過在高側使用新納電流傳感器等設備，可以檢測相電流的接地故障（可能由于接線錯誤、老化等），從而保護整個系統。電能質量對于高效運行至關重要，而功率因數是其中的重要組成部分。功率因數衡量所用輸入功率的效率，是有功功率與視在功率之比。如果您的功率因數不好，例如低于 95%，它導致做同樣的工作需要更多的電流。功率因數校正 (PFC) 提高了該比率和電能質量。PFC 可降低電網壓力、提高設備能效并降低電力成本，同時降低系統故障的不穩定性和風險。
產生與負載（例如靠近負載的電池充電器）吸收的能量相反的無功能量，可提高功率因數，并在負載點以所需的實時水平進行理想的補償。在低壓側的 PFC 設備上使用電流傳感器可提高可用功率。說到諧波失真，AC/DC逆變器前端需要PFC，而且大多數時候需要AC/DC前端模塊的原副邊隔離，ACEINNA的電流傳感器不僅簡化了整體系統設計，但降低了實施成本。
圖 3.除電動汽車外，微小電流傳感器還用于多種應用。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
開關頻率
隨著對更高性能的需求不斷增加，CPU、DSP 和其他此類設備的耗電量越來越大。增加穩壓器頻率可降低所涉及電源電路的尺寸和電路板占位面積要求，同時增加功率密度。然而，隨著頻率的增加，開關損耗也會增加，主要是由于開啟期間的高端損耗以及體二極管傳導損耗。這些力量限制了傳統轉換器和穩壓器的開關頻率。
高級快速開關電路中的電流測量需要實時跟蹤電流，以盡可能提高效率。人工智能和機器學習還需要智能電流測量，以創建控制算法以獲得更好的性能。新納的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統的效率，同時由于其高相位裕度而簡化了電流控制設計。
圖 4. 支持 SiC 和 GaN 的ACEINNIA 電流傳感器。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
加速電動汽車普及和市場可行性的快速充電系統市場需要先進、高效且具有成本效益的充電解決方案。快速直流充電是更優選的電動汽車充電形式之一，使用先進的電流傳感來優化此類系統，將確保產品在快速增長的電動汽車充電市場中取得成功。
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