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- 如何通過先進的電流檢測實現(xiàn)汽車直流快速充電
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)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(tǒng)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(zhuǎn)，但汽車行業(yè)正在應(yīng)對剩余的續(xù)航里程焦慮和電池壽命恐懼。
通過改進 EV 電子設(shè)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(yè)已經(jīng)大大減輕了對續(xù)航里程和容量的擔(dān)憂。電動汽車充電時間背后仍然存在合理的擔(dān)憂。這就是為什么電動汽車行業(yè)必須采用先進的快速電池充電系統(tǒng)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(wù)上也有利可圖，因為電動汽車充電市場正在快速增長，預(yù)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(yīng)達(dá)到 255 億美元 (https://www. alliedmarketresearch.com/）。到 2027 年，全球電動汽車充電站市場預(yù)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(shù)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(tǒng)。由于 EV 電池使用直流電流充電，因此需要一個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換階段取代了任何所需的內(nèi)部充電系統(tǒng)。然而，車載轉(zhuǎn)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(tǒng)。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(dá) 800 伏的插電式電動汽車充電，從而實現(xiàn)非�？焖俚某潆�。由于成本原因，該解決方案最適合住宅和商業(yè)建筑以及設(shè)施。對于大多數(shù)家庭部署，目前以高達(dá) 50 安培的水平運行的高功率 2 級系統(tǒng)被證明是最好的主流解決方案。
家用直流快速充電系統(tǒng)正在成為不斷增長的電動交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。在開發(fā)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(jīng)濟高效地提高電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能，可以提高消費者的接受度。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的四個方面涉及測量電流、確保嚴(yán)格的功率因數(shù)校正、頻率管理和解決熱問題。每個都相互影響以影響系統(tǒng)的整體性能。
圖 2. 快速直流汽車充電系統(tǒng)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(dāng)，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(tǒng)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(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)載條件下運行。
就電源系統(tǒng)中的電流感應(yīng)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(yīng)解決方案可顯著節(jié)省占用空間。非集成實施的規(guī)模將根據(jù)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(shè)備使用傳統(tǒng)的組件封裝尺寸，大約 2~3 毫米，這會導(dǎo)致解決方案占位面積達(dá)數(shù)十毫米。
過流檢測
根據(jù)定義，電流測量是防止電子系統(tǒng)損壞的過流和欠流保護的一個關(guān)鍵方面。在現(xiàn)代系統(tǒng)的速度、功率水平和永遠(yuǎn)在線方面，除了防止災(zāi)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(chǎn)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(guān)電源系統(tǒng)實際性能的任何信息。使用電流傳感器，可以針對給定應(yīng)用優(yōu)化過流檢測響應(yīng)。整個系統(tǒng)的電路保護和安全性至關(guān)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�？斓捻憫�(yīng)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(shù)相結(jié)合，創(chuàng)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(yōu)化性能并支持溫度校正，從而降低客戶設(shè)計的復(fù)雜性。此外，通過在高側(cè)使用新納電流傳感器等設(shè)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(tǒng)。電能質(zhì)量對于高效運行至關(guān)重要，而功率因數(shù)是其中的重要組成部分。功率因數(shù)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(shù)不好，例如低于 95%，它導(dǎo)致做同樣的工作需要更多的電流。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，同時降低系統(tǒng)故障的不穩(wěn)定性和風(fēng)險。
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)載點以所需的實時水平進行理想的補償。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。說到諧波失真，AC/DC逆變器前端需要PFC，而且大多數(shù)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(tǒng)設(shè)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(yīng)用。圖片由 Bodo's Power Systems 提供
開關(guān)頻率
隨著對更高性能的需求不斷增加，CPU、DSP 和其他此類設(shè)備的耗電量越來越大。增加穩(wěn)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(guān)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(dǎo)損耗。這些力量限制了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率。
高級快速開關(guān)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(xué)習(xí)還需要智能電流測量，以創(chuàng)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(tǒng)的效率，同時由于其高相位裕度而簡化了電流控制設(shè)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(tǒng)市場需要先進、高效且具有成本效益的充電解決方案�？焖僦绷鞒潆娛歉鼉�(yōu)選的電動汽車充電形式之一，使用先進的電流傳感來優(yōu)化此類系統(tǒng)，將確保產(chǎn)品在快速增長的電動汽車充電市場中取得成功。
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