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用于电流测量的隔离式大功率并联模块方案

2021-05-20 10:04 来源:powerelectronicsnews 作者:Maurizio Di Paolo Emi

Riedon的新型分流器电流传感器解决方案将重新定义当前的T&M系统方案。这些新模块将传统的无源分流电阻器的功能与通常与更昂贵,更庞大的闭环霍尔效应电流传感器相关的功能相结合。新的并联传感器每一个都配备了一个内置的精密放大器,可提供增强的电绝缘(最i高1500VDC)。

过去,从事该领域的设计人员在低电流应用(《50A)中使用基于分流器的解决方案,而他们使用这些霍尔进行大电流测量(》50A)。但是,汽车行业对大电流测量的要求已导致供应商使用分流解决方案,尤其是在大电流环境中。分流传感器是一个固有的闭环,因为输出上的信号与流过该器件的任何电流都成正比。

“目前的一些技术是分流器,无源分流器和霍尔传感器;被动分流器有一个优势:它们可以直接读取电流。它们基本上是与电流串联的电阻器,它们产生与流过器件的电流成比例的电压。缺点是没有隔离。”Riedon工程副总裁Phil Ebbert说。

分流传感器

当前的测量方法可以分为三类:带隔离放大器/隔离ADC的分流电阻器,有芯电流传感器和无芯电流传感器(电流传感器IC)。

并联解决方案是一种测量电流的简单方法。它们通过电源和负载之间的传导路径中的传感电阻器来测量电压。

分流电阻应根据其额定电压和增益进行选择。要考虑的另一个非常重要的因素是负载连接,以便在选择电源时节省一些PCB空间。电阻应尽可能小,以较大程度地降低电压降。此外,包装应允许有效地散发热量。

分流技术的改进允许引入较低的欧姆值,从而减少了热耗散。多个电池充电器IC和电量计以及LED驱动器IC使用并联检测电流电阻器。电流检测监视器可用于监视进入电动机或外部电源的电流。

电流分流IC的输出可通过ADC连接在控制环路内,并由微控制器用于控制算法。

应用包括电源管理,焊接,照明,移动电话,电信,电池充电器,汽车等。

基于分流器的解决方案具有非常低的初始偏移,并且对外部磁场不太敏感,因此可提供更好的DC精度。与其他解决方案相比,它们保持线性,尤其是在磁芯的饱和区域附近。

另一方面,霍尔传感器通常具有有限的工作温度范围(通常为-40°C至+85°C),而基于分流器的解决方案可以支持更高的工作温度范围(通常为-40°C至+125°C)。然而,在所有这些方面,霍尔传感器本质上是绝缘的,这允许采用单模方法。

Riedon的模块

电流检测电阻被认为是经济的组件,有助于提高测量效率并减少损耗。电流检测电阻器通过检测电流并将其转换为电压(通过各种放大器选件测得的压降为10至130mV)来工作。

SSA Smart Shunt单元在整个电流范围内显示出±0.1%的检测精度和±0.1%的线性度,并且对热漂移的敏感性低得多。它们还具有不到1.5μs的快速响应时间。这些电流传感器具有放大的模拟输出和集成保护,可以放置在电路的高端和低端,从而易于集成。

用于电流测量的隔离式大功率并联模块方案

图1:SSA简化了电子布局

它们的温度范围从-40°C到125°C。SSA Smart Shunt模块的坚固性使其适合在可能需要困难条件(例如高温水平,强烈振动和电磁干扰(EMI))的大功率设备(100A至1000A)中使用。关键示例包括用于电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)的牵引逆变器,AC/DC转换器,不间断电源,可再生能源生产基地以及智能电网基础设施(图1和2)。

用于电流测量的隔离式大功率并联模块方案

图2:SSA实施

“通过集成隔离放大器,并联解决方案可提供卓越的精度和稳定性,”Ebbert继续说道。“这为新的电流感测机会打开了大门,为工程师提供了一种紧凑且经济高效的替代方案,可用于指定霍尔器件。”

分流电阻器,隔离放大器/隔离ADC是通过使待测电流流过已知电阻器的电压值来计算电流值的方法。对于这种方法,必须通过使用隔离放大器或隔离ADC进行隔离。

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