用于电流测量的隔离式大功率并联模块方案

作者：Maurizio Di Paolo Emilio

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（最高1500VDC）。

过去，从事该领域的设计人员在低电流应用（《50 A）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（》 50 A）。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，以最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130 mV）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。

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）。

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。

编辑：hfy