霍尔效应电流检测在混合动力汽车中的应用雷竞技最新网址
霍尔效应电流检测在混合动力汽车中的应用雷竞技最新网址
肖恩·米兰诺和迈克·杜格著
雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems，LLC
介绍
由于化石燃料价格的上涨和人们对环境健康的日益关注，消费者开始青睐环保的“绿色汽车”。销售预测预测，到2015年，绿色汽车的销售将占所有汽车销售的20%-25%混合动力汽车(HEV)正迅速成为最受欢迎的绿色汽车，预计到2015年将占全球汽车销量的12%左右混合动力汽车采用复杂的电力电子电路来控制通过汽车的电能流动。在单电机混合动力汽车(见图1)中，电机作为驱动电机与内燃机并联，或作为发电机在再生制动期间为电池充电。
图1所示。典型HEV系统框图
典型的HEV包含各种系统，需要电流传感器，用于最大高效的操作;包括交流电机和DC-DC转换器应用。雷竞技最新网址本文重点介绍了HALL效应电流传感器技术的最新进展以及HEV应用中的独特高带宽，增强的分辨率电流传感器。雷竞技最新网址
HEV动力循环
在HEV动力循环中，主电池电压如图1所示倒置，由此产生的交流电压应用于电机，进而驱动车轮。在再生制动期间，交流电机也作为一个发电机。当再生系统激活时，电机发电机的输出被整流并转换为为HEV电池电池充电所需的直流电压，完成动力循环。如果混合动力汽车是插电式汽车，那么线路电压也可以整流并用于充电电池。
再生制动过程是提高混合动力汽车燃油效率的一个主要因素，因为制动能量通常以热量的形式被浪费，部分被回收并用于主电池充电。为了给汽车中的低电压信息娱乐系统和车身控制子系统提供动力，通常使用DC-DC转换器将混合电池电压(通常从300至500 V)降低到较低水平的直流电压。
霍尔效应电流传感技术的一场革命
传统霍尔效应传感器的一个缺点，当用于电流传感应用，一直是在精度和输出信号带宽方面的普遍限制。雷竞技最新网址然而，Allegro已经开发了广泛的霍尔效应电流传感器集成电路(ic)，非常适合混合动力汽车的应用。雷竞技最新网址这些业界领先的Allegro电流传感器集成电路的功能和优点包括:
- 信号处理和封装设计创新使>输出带宽达到120 kHz
- 市场上电流分辨率最高，噪声谱密度最低的霍尔传感器ic
- 专有的，小足迹传感器IC封装，具有电隔离
- 降低功率损耗：符合孔的通孔和低电阻综合导体包
- 传感器IC增益和偏移量的精确工厂编程
图2描述了Allegro电流传感器IC家族中广泛的专有封装配置，并显示了使用每种封装类型可以感知的电流大小。
图2。Allegro电流传感器包
逆变器应用中的电流检测雷竞技最新网址
三相,全桥驱动程序在一个典型的逆变器将直流电压转换为三相交流电压,需要高效的操作系统的运动(见图3)。逆变阶段电流测量和由此产生的信息通常是用于控制脉宽调制(PWM)逆变器开关(通常是igbt)。逆变器控制回路要求高带宽电流传感器，以提高精度，并最大限度地提高电机转矩和整体电机效率。具有快速响应时间的高侧电流传感器还能在从电机相到系统接地节点的短路状态下提供过流保护。阿莱格罗A1360霍尔线性器件为满足HEV逆变器应用的电压隔离、> 200安培(A)负载电流和高带宽要求而量身定制。雷竞技最新网址
图3。(左):DC-DC变换器充电器，(右):三相DC-AC逆变器
的A1360线性霍尔效应传感器通常被放置在一个铁磁环面的间隙中，该环面包围着电机中的每个逆变相导体(图2)。当电流在导体中流动时，该环面通过标准的单线封装(SIP)集中产生的磁场。的A1360霍尔换能器提供与该电流成比例的输出电压。该装置可在专有的1毫米厚包装中提供，与更多传统IC封装相比，减少了涡流损耗以改善传感器IC输出带宽。Allegro基于SIP的电流传感器IC具有高达120 kHz的典型输出带宽，提供高分辨率，高精度性能，允许在逆变器系统中更高速度控制PWM开关。此外，这些SIP传感器IC为IGBT过流保护应用提供了3μs输出响应时间。雷竞技最新网址该解决方案的形状因子也比庞大的电流互感器小得多。Allegro SIP包装简单地提供了必要的电流隔离，因为传感器IC输出引线未连接到电动机的每个相中的高电压，电流承载导体。
直流-直流转换器
电流传感范围和隔离电压需要确定最佳Allegro电流传感器IC封装使用在DC-DC转换器。
DC-DC转换器中的电流传感器通常需要向DC频率感测电流。该要求排除了完全优化系统中的电流变压器的使用。由于高输入或输出直流电压需要昂贵的高共模输入运算放大器，因此在雷竞技最新网址这些应用中使用并联电阻也是具有挑战性的（或不可能的）。由于Allegro Hall效应传感器IC的固有电流隔离，以及它们检测DC电流和高频电流信号的能力，它们是DC-DC转换器应用中HEV的逻辑选择。雷竞技最新网址
图1和图3所示为一种简化的蓄热式DC-DC变换器。该再生转换器利用了一个电流传感器，可以在电池电压水平运行。准确地感知转换器的输出电流是一个关键功能，因为通过限制传递给电池的充电电流，可以延长HEV电池的寿命。
的ACS714电流传感器非常适用于许多较低电流，子系统DC-DC转换器应用。雷竞技最新网址的ACS714是一款工厂修剪，电流隔离传感器IC，可在极小的外形SOIC8包装中提供，具有集成的1.2MΩ导体，用于低功耗。另外，allegroACS758设备将一个100µΩ导体和一个铁磁铁芯整合到一个小的形状因子中，电隔离封装能够传感50到200 a。通过前面提到的基于SIP的环形结构，可以检测到200 A以上的电流。所有这些Allegro解决方案提供行业领先的高带宽输出性能和卓越的当前分辨率能力。
总结
Allegro的最新一代Hall效应电流传感器IC技术在HEVS中感测AC和DC电流方面具有显着的优势。霍尔电流传感器具有高侧电流检测的固有电流隔离，在高效HEV应用中提供低功耗。雷竞技最新网址Allegro大厅IC技术的最新改进导致了行业领先的高带宽，高分辨率电流传感器IC，非常适合于HEV逆变器和DC-DC转换器应用。雷竞技最新网址
参考文献
文章发表在电力系统设计欧洲7月/ 2010年8月。允许转载。
[1]“全球汽车行业展望2009：经济放缓对汽车销售和生产未来的影响，”弗罗斯特·沙利文，2009年，p。31，在线版访问2010年6月，http://www.frost.com/prod/servlet/report-homepage.pag?repid=m3a1-01-00-00-00。
参考:AN296075