增加需要电流感应的混合动力汽车 (HEV) 子系统的电机容量
作者 Shaun Milano
Allegro MicroSystems, LLC
本文探讨了电流传感技术在混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 的推进系统与乘客舒适系统中的最新应用。Allegro™ MicroSystems, LLC 已成功研发了非常适合此类应用的全集成传感器 IC 产品系列。
简介
众所周知，要控制混合动力汽车 (HEV) 和全电动 (EV) 汽车的传动系统，必须在起动发电机和主电动发电机中采用电流传感技术。然而，为确保系统在内燃机 (ICE) 空转时正常工作，即使在轻度混合动力汽车中，许多子系统也必须具备全电动功能。例如，当驾乘人员在酷暑时节等信号灯时，要让他们保持凉爽，必须使采暖、通风与空调 (HVAC) 系统在内燃机空转时正常工作。因此，这些子系统还需要精确的电流感应，以确保高效和准确地控制电机。Allegro MicroSystems,LLC 已成功研发了适合 HEV 子系统应用的全集成的电流传感器 IC 产品系列。
图 1 显示了通过直流-直流变换器由主电池驱动的 DC 子系统的简单方框图，它体现了潜在的电流传感应用。在传动液泵、机油泵和 HVAC 系统中，电机的最大负载电流可达到 150 A，其电流的正常工作范围在 20 - 50 A 之间。驻车制动器电机的的最大工作电流为 30 - 50 A，其正常工作范围在 10 - 20 A 之间。如果电池的电压超过 100 VDC，在某些混合动力汽车和全电动汽车中，还需要对电池的感应电流和直流-直流变换器的电流进行电流（高压）隔离。
图 1.混合动力汽车 (HEV) 与电动汽车 (EV) 的电流感应应用
霍尔效应电流传感技术的新突破
在电流传感系统内使用时，传统的霍尔效应传感器在精度和输出信号带宽方面会受到限制。而 Allegro MicroSystems 研发的品类齐全的霍尔效应传感器集成电路 (IC) 系列能有效克服这些问题。这些业内领先的 Allegro 传感器的特性和优势包括：
• 创新的信号处理和设计封装能使输出带宽达到 > 120 kHz
• 目前市场中电流分辨率最高、噪声谱密度最低的霍尔传感器 IC
• 独有的具有电流隔离功能的小型传感器 IC 封装
• 减少功耗：通孔插入式与表面贴装式低电阻集成导体封装
• 对传感器 IC 在整个温度范围内的增益与偏置进行精确的工厂编程
电流传感器 IC 全集成的一个主要优势是使装置具有可测试性。设备已在室温和高温天条件下经过工厂预校，以使传感器的增益与偏置在工作温度条件下达到最佳状态。这就在极小的封装内提供了高度精确的解决方案。图 2 显示了 Allegro 电流传感器 IC 产品系列独有的各类封装配置，它还显示了使用每种封装能感应的电流强度。
图 2.Allegro 电流传感器 IC 封装
全集成的传感器 IC
所需的电流感应与隔离电压范围，使 Allegro 电流传感器 IC 成为最佳解决方案。在弱电流应用中，例如燃油泵或直插式汽车充电器，可采用全集成的表面贴装传感器 IC，如图 2 所示的 SOIC8 封装。这些表面贴装传感器 IC 采用了倒装芯片技术，它们已集成了 1.2 mΩ 的导体电阻，以减少功耗。倒装芯片结构不仅能改善磁信号耦合，还能实现电隔离，因为芯片位于原电流导体上方，它们之间的空隙已采用塑料模压复合物填充。
在 50 与 100A 之间的中等强度的电流感应中，可使用 CB 封装的 ACS758 系列传感器 IC。ACS758 可在 HVAC 以及油泵和传动液泵内使用。图 3 显示了 CB 封装的独特结构。该装置在小型的电流隔离封装内，集成了一个 100 µΩ 导体、铁磁芯和一个霍尔效应传感器 IC。该封装能在混合动力汽车的电池电压升高时正常工作，在标准 UL 型试验中，当在电流引线框架和信号线之间接通 4800 VRMS 的电压时，该封装能正常工作 60 秒。这种传感器 IC 已应用于直流-直流变换器，以及电池电压超过 350 VDC 的主变频电机的定子线圈。电机定子通常采用昂贵的稀土磁体（如镀镍钕）制成。用线圈代替定子不仅能避免负担昂贵的稀土价格，规避供应波动，而且提供了一种主动控制定子的途径，这能充分提高混合动力汽车的电机效率，并改善扭矩波形。
图 3.Allegro ACS758 CB 封装
当传感电流超过 200 A 时，可在铁磁芯的间隙采用 Allegro 线性霍尔效应传感器 IC，以满足所需的电流感应应用范围的要求。该技术普遍应用于主变频器，如图 2 顶部所示。无论所需的电流感应范围是多少，都能采用 Allegro 霍尔传感器 IC。
总结
Allegro’推出的新一代霍尔效应电流传感器 IC 技术，为混合动力汽车子系统内的电流感应提供了重要优势。Allegro’出品的具有电流隔离功能的集成封装不仅能减少功耗，外形小巧，而且能检测最大 200 A 的连续电流。Allegro MicroSystems 在霍尔技术方面的最新进展进一步推动了业内领先的高带宽、高分辨率的电流传感 IC 的技术进步。
本文于 2013 1 月在 《电动与&混合动力汽车杂志》刊登。经许可后方能转载。
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