助力EV和光伏逆變器系統(tǒng)，突破高壓電流檢測難題，TI霍爾效應電流傳器進階

在電動汽車(EV)充電系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)中，電流傳感器通過監(jiān)測分流電阻器上的壓降或?qū)w中電流產(chǎn)生的磁場來測量電流。這些高壓系統(tǒng)使用電流信息控制和監(jiān)測電源轉(zhuǎn)換、充電和放電。在之前雖然霍爾效應電流傳感器已廣泛應用于新能源領域，但在高壓系統(tǒng)中由于電氣和隔離衰減，霍爾效應電流傳感器在其生命周期內(nèi)存在很大的漂移。

最近，德州儀器TI研發(fā)出了一種解決方案，可將霍爾效應電流傳器TMCS1123在生命周期內(nèi)的靈敏度漂移誤差大幅降低至 ±0.5%，從而使工程師能夠設計出在整個系統(tǒng)生命周期內(nèi)需要更少校準或維護的高壓系統(tǒng)。TMCS1123 還解決了霍爾效應傳感器的一些其他常見限制，例如引線框電阻和芯片散熱限制，這些會限制器件能夠處理的電流大小。TMCS1123 能夠在 25°C 條件下檢測 75ARMS的電流，并在整個溫度范圍和生命周期內(nèi)，無需校準即可實現(xiàn) ±1.75% 的靈敏度誤差，因此能夠在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)保持高精度。

另外，TMCS1123 具有差分霍爾效應感應功能，能夠顯著減少磁場干擾或串擾，并且還提供了過流檢測、精密電壓基準和傳感器報警等其他功能。

TMCS1123 方框圖

在最近的德州儀器可再生能源半導體技術峰會上，德州儀器王書彪先生對這款產(chǎn)品進行了分享。具體來看，它的高可靠性電壓TDDB曲線，TMCS1123加強絕緣可以做到1100V工作電壓，基礎絕緣可以做到2000V。系統(tǒng)實現(xiàn)高可靠性。

產(chǎn)品的輸出帶寬以及高響應特點方面，這個系列產(chǎn)品目前發(fā)布的是250k帶寬產(chǎn)品，未來全系列產(chǎn)品會做到1MHz?！拔覀儼?a target="_blank">信號的模擬帶寬提高到250kHz，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的控制環(huán)路從而提高系統(tǒng)效率。這樣對于大部分的數(shù)字電源或是逆變器系統(tǒng)，這個模擬帶寬可以給環(huán)路提供足夠的反應速度?！痹陔S后的采訪中，德州儀器技術經(jīng)理付楊說道。

高響應特點上，TMCS1123可以做到OC過流故障的輸出，ms級過流保護，能在高可靠性或者需要診斷的場景提供一個主動的OC信號。OC的設置范圍目前發(fā)布的產(chǎn)品是±100A霍爾傳感器，過流點設置在2.5倍，也就是2.5倍乘100A即250A。也就是說，如果出現(xiàn)過流、短路和過壓這一類的特殊情況，對于信號或事件的反應時間大約是微秒級，從而幫助達到更好的可靠性和穩(wěn)定性。另外，這一代產(chǎn)品比上一代產(chǎn)品做了差分霍爾結(jié)構(gòu)，包括霍爾的輸入和輸出調(diào)節(jié)都是用差分的結(jié)構(gòu)，解決干擾問題。

為何TMCS1123這款產(chǎn)品能夠解決漂移、散熱等問題，應用于高壓系統(tǒng)呢。付楊表示，德州儀器在TMCS1123這款產(chǎn)品的設計和工藝上都有一些創(chuàng)新。事實上，TI在信號調(diào)理方面是比較擅長的，有很多傳統(tǒng)的電流采樣方案，比如一些基于采樣電阻分流器的電流采樣方案。我們把這樣的設計復用在霍爾效應電流傳感器產(chǎn)品里，因為它們的后端技術都是對于小信號的調(diào)理和放大，這其實也是TI在設計方面的優(yōu)勢。

另一方面，從工藝上來說，TI擁有自己的工藝技術，比如如何優(yōu)化外界環(huán)境磁場的干擾，以及如何在一個非常有限的封裝里面實現(xiàn)大電流的流通，同時又對熱管理進行比較優(yōu)化的控制。這些方面都能幫助我們從工藝上提高產(chǎn)品的性能。

付楊說道，TMCS1123重點體現(xiàn)在壽命、溫漂，以及初始的采樣精度等特點，這些方面我們花了很大的精力，運用不同的設計進行了提高。它的優(yōu)點在于使用非常簡單，不需要使用分流器加芯片方案。一顆芯片既集成不需要隔離的器件，又不需要加上數(shù)字隔離器以及分流器，整體系統(tǒng)設計非常簡潔。

就客戶端的應用選擇來說，為系統(tǒng)選擇電流傳感器時需要考慮的要素，首先是精度，其次是功率等級，系統(tǒng)的電壓和電流水平必須在器件規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，以確保安全高效地運行。為了靈敏地控制開關系統(tǒng)，例如太陽能系統(tǒng)中的隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器，還必須考慮帶寬和速度。設計復雜性也是需要考慮的一項重要因素?；魻栃娏鱾鞲衅魇褂煤唵?，無需額外的電源或元件，能夠在器件允許范圍內(nèi)的所有電壓電平條件下工作。付楊表示，借助 TMCS1123 等電流檢測器件，客戶可以在 EV 充電器等高壓應用中精確地檢測電流，同時降低設計復雜性，并以更合理的價格迅速解決各種設計問題。目前在客戶端相對比較快的一些項目上得到了許多正面的反饋。