隨著電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為人們?nèi)粘I畹囊徊糠?,?duì)能夠雙向測(cè)量交流電和直流電的傳感器的需求也在增長(zhǎng)。它們要高效、準(zhǔn)確、緊湊,并且使用靈活。一款全新電流傳感器可以滿(mǎn)足所有這些要求。
越來(lái)越多的車(chē)輛應(yīng)用從電池供電,特別是在具有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上。同時(shí),車(chē)輛電池和消費(fèi)電子裝置的功能也變得越來(lái)越強(qiáng)大,這導(dǎo)致了車(chē)輛電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)更高的電壓和電流。為了應(yīng)對(duì)更高的電壓,業(yè)界提出了其他標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)定,例如與電氣系統(tǒng)的其他電壓層電隔離,以及更高成本的保護(hù)接觸。大電流導(dǎo)致電纜和任何存在歐姆電阻之組件的功率損耗更大。因此,電流測(cè)量需要使用能夠耗散高功率損耗的超低歐姆分流電阻。然而,它們相對(duì)較大,這意味著較多的材料、重量和成本。
為了保護(hù)電池和車(chē)輛電氣系統(tǒng)的電氣線(xiàn)路不受過(guò)載影響,必須測(cè)量電流,因?yàn)槿绻€(xiàn)束著火,可能很快就讓車(chē)輛變成廢品。這種保護(hù)功能過(guò)去是由保險(xiǎn)絲來(lái)完成的。未來(lái),在發(fā)生過(guò)流或短路的情況下,關(guān)閉電源將是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的工作,前提是準(zhǔn)確的電流測(cè)量;此外,若要通過(guò)牽引變頻器來(lái)控制驅(qū)動(dòng)運(yùn)作,精準(zhǔn)電流測(cè)量也是必需的。
用于電隔離的磁場(chǎng)傳感器
由于車(chē)輛中存在12V、48V和高壓等不同的電壓等級(jí),對(duì)于這些電壓等級(jí)之間電隔離需求越來(lái)越多。特別是在大電流情況下,傳感器測(cè)量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),并將其作為模擬信號(hào)傳輸,這樣具有很大的優(yōu)勢(shì):與使用分流器的基于電阻的電流測(cè)量方法相比,磁場(chǎng)傳感器在提供電隔離的同時(shí),還能顯著降低功率損耗。這些特性對(duì)于高壓和大電流應(yīng)用尤為重要,因?yàn)殡姼綦x確保了對(duì)接觸的保護(hù),而低功耗則保證了低自熱。
為了應(yīng)對(duì)這些難題,英飛凌針對(duì)TLI4971電流傳感器進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)應(yīng)用的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。在新型TLE4972中,測(cè)量電流并不像TLI4971那樣流經(jīng)具有內(nèi)部電流路徑的IC封裝;相反,傳感器放置在PCB上或靠近帶電線(xiàn)路的電源軌上,而且沒(méi)有接觸。
TLE4972是無(wú)芯的...
功能更強(qiáng)大的電池系統(tǒng)允許在正常運(yùn)行和發(fā)生短路時(shí)出現(xiàn)更高的峰值電流。如果電流傳感器具有帶有磁芯材料的磁通量集中器,則必須有相應(yīng)的較大尺寸,否則,短路電流可能使其永久磁化,從而扭曲了系統(tǒng)的傳輸特性(圖2)。由于TLE4972是無(wú)芯的,即使在短路導(dǎo)致過(guò)流的情況下,也不會(huì)發(fā)生磁芯飽和以及隨后的剩磁效應(yīng)。這支持實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度,并避免了傳輸特性中的滯后現(xiàn)象。
...快速...
需要進(jìn)行快速的過(guò)流和短路檢測(cè),特別是主電池開(kāi)關(guān)。由于TLE4972有兩個(gè)獨(dú)立的開(kāi)漏輸出,具有可配置的觸發(fā)閾值和可編程的噪聲脈沖濾波器,因此可以滿(mǎn)足要求。它們向微控制器或柵極驅(qū)動(dòng)器等發(fā)出過(guò)流信號(hào),過(guò)電流檢測(cè)(OCD)開(kāi)漏輸出引腳的典型響應(yīng)時(shí)間小于1μs。TLE4972具有從0Hz到至少120kHz的較寬頻率范圍,有助于實(shí)現(xiàn)快速過(guò)流檢測(cè),而沒(méi)有軟件引起的延遲。
差分模擬輸出也提供了高帶寬,因此可用于電動(dòng)汽車(chē)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩控制。
...精準(zhǔn)...
由于采用差分測(cè)量方法,因此,由于相鄰導(dǎo)體的電流流動(dòng)等引起的多余的雜散場(chǎng),不會(huì)對(duì)測(cè)量信號(hào)造成任何影響。芯片上的附加傳感器還可以補(bǔ)償溫度和機(jī)械應(yīng)力的影響。因此,在組件的整個(gè)使用壽命期間,準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得到了提高。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表顯示,在使用壽命內(nèi)的溫度測(cè)量誤差小于2%。
用戶(hù)可通過(guò)軟件配置和整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)擴(kuò)展TLE4972的測(cè)量范圍。
整體系統(tǒng),即傳感器加上PCB或電源軌上的電流導(dǎo)體,可以在組裝后進(jìn)行校準(zhǔn),從而補(bǔ)償生產(chǎn)公差。通過(guò)Aout引腳在電源開(kāi)啟的情況下進(jìn)行通信。
...安全...
英飛凌根據(jù)ISO26262汽車(chē)工業(yè)功能安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)TLE4972傳感器。由于具有高度的自我診斷能力,該傳感器符合ASILB標(biāo)準(zhǔn)安全組件功能安全要求(SEooC)。
因此,特別推薦TLE4972用于需要滿(mǎn)足高度功能安全的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)人員可以向英飛凌索取相關(guān)文檔資料。這些數(shù)據(jù)可用于輕松計(jì)算并快速證明整體系統(tǒng)的可靠性。
...以及靈活性
TLE4972以模擬形式輸出測(cè)量值。輸出可以配置為全差分、半差分或單端。對(duì)于單端輸出模式,傳感器從外部來(lái)源導(dǎo)入?yún)⒖茧妷?,例如連接的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在半差分模式下,它將內(nèi)部Vref輸出到一個(gè)引腳,與連接的ADC共享。這樣可以抵消共模噪聲,只要它在整個(gè)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)是恒定的。
在全差分模式下,TLE4972提供兩個(gè)相位相反的輸出信號(hào)。這種工作模式與具有差分輸入的ADC結(jié)合在一起,可確保最好地抑制模擬傳輸路徑上的共模噪聲信號(hào)。在這方面,TLE4972是英飛凌可編程系統(tǒng)級(jí)芯片(PSoC)系列4、5和6的理想選擇,因?yàn)樗鼈兙哂袔Р罘州斎氲?2位ADC,并與傳感器共享3.3V左右電源電壓范圍。
兩種封裝形式
TLE4972有兩種封裝形式:在TDSO-16封裝中,適用于測(cè)量在普通多層板上流經(jīng)軌道的高達(dá)約400A電流。對(duì)于最高大約800A的更高電流,英飛凌建議將之安裝在特殊形狀的銅軌上(圖3和4)。
圖3:安裝在銅軌上方或下方,TLE4972適用于測(cè)量最高大約800A電流。(圖片來(lái)源:英飛凌)
圖4:TLE4972兩個(gè)封裝型款提供多種安裝選項(xiàng),適用于測(cè)量200A至800 A電流。
對(duì)于400A和2kA之間電流測(cè)量,TSON-6封裝TLE4972是理想的選擇,它的尺寸為4.5mm × 3.5 mm,可以垂直安裝在電源導(dǎo)軌切口處。
原廠(chǎng)提供支持
英飛凌通過(guò)全新仿真工具支持使用TLE4972的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,這款工具可通過(guò)英飛凌合作平臺(tái)(Infineon’s Collaboration Platform)在線(xiàn)使用(需要激活)。此外,英飛凌還為各種測(cè)量范圍提供了四塊評(píng)測(cè)板。TLE4972EVAL STD PCB(最高約200 A電流)、TLE4972 EVAL INLAY(最高約400A電流)、TLE4972EVAL LAT BAR(最高約580 A電流)和TLE4972 EVAL VER(最高約830A電流)。
結(jié)論
TLE4972是用于高雙向電流應(yīng)用的無(wú)電位測(cè)量組件,它還能自主地發(fā)出過(guò)流信號(hào),并符合ASILB標(biāo)準(zhǔn)SEooC要求。這款傳感器特別適用于電機(jī)控制。此外,它可以結(jié)合PSoC的模擬和數(shù)字功能,精妙地實(shí)現(xiàn)高壓熔斷器電子部件。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:電動(dòng)汽車(chē)中的電流測(cè)量 - 用于高電流和高電壓的傳感器
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