【導讀】在任何電氣係統中，電流都是一個至關重要的參數。電動汽車 (EV) 充電係統和太陽能係統都需要檢測電流的大小
，以便控製和監測功率轉換
、充電和放電。電流傳感器通過監測分流電阻器上的壓降或導體中電流產生的磁場來測量電流。

在任何電氣係統中，電流都是一個至關重要的參數。電動汽車 (EV) 充電係統和太陽能係統都需要檢測電流的大小

，以便控製和監測功率轉換、充電和放電。電流傳感器通過監測分流電阻器上的壓降或導體中電流產生的磁場來測量電流。

金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 控kong製zhi方fang案an使shi用yong電dian流liu信xin息xi來lai控kong製zhi光guang伏fu逆ni變bian器qi操cao作zuo，或huo者zhe檢jian測ce交jiao流liu輸shu出chu或huo輸shu出chu上shang的de電dian流liu
，以yi保bao護hu元yuan件jian免mian受shou過guo流liu或huo故gu障zhang事shi件jian的de影ying響xiang。電dian流liu傳chuan感gan器qi有you多duo種zhong不bu同tong類lei型xing可ke供gong選xuan擇ze，每mei種zhong技ji術shu都dou各ge有you優you缺que點dian。對dui於yu特te定ding的de應ying用yong，最zui適shi合he的de電dian流liu傳chuan感gan器qi類lei型xing取qu決jue於yu多duo個ge因yin素su，包bao括kuo係xi統tong的de功gong率lv等deng級ji
、預期的精度和成本。本文將探討何種器件適合在電動汽車充電器和光伏逆變器中檢測電流。 

電動汽車充電器中的電流檢測

在電動汽車充電器中，電流傳感器用於測量輸入交流電源、直流/直zhi流liu轉zhuan換huan器qi和he輸shu出chu電dian源yuan等deng位wei置zhi的de電dian流liu，以yi確que認ren充chong電dian器qi是shi否fou正zheng確que地di將jiang交jiao流liu電dian輸shu送song到dao電dian動dong汽qi車che的de車che載zai充chong電dian器qi係xi統tong，或huo者zhe將jiang直zhi流liu電dian直zhi接jie輸shu送song到dao電dian池chi。如ru今jin，400V 電池正在朝著 800V 甚至更高電壓的方向發展
，以實現更大功率和快速充電。

在 1 級和 2 級(ji)充(chong)電(dian)器(qi)中(zhong)，充(chong)電(dian)器(qi)將(jiang)交(jiao)流(liu)電(dian)輸(shu)送(song)到(dao)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)車(che)載(zai)充(chong)電(dian)器(qi)，車(che)載(zai)充(chong)電(dian)器(qi)又(you)會(hui)將(jiang)輸(shu)入(ru)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)轉(zhuan)換(huan)為(wei)更(geng)合(he)適(shi)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)電(dian)平(ping)，以(yi)便(bian)為(wei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。在(zai)家(jia)用(yong) 1 級和 2 級(ji)充(chong)電(dian)器(qi)中(zhong)
，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)通(tong)常(chang)不(bu)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)精(jing)度(du)，因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)對(dui)用(yong)戶(hu)進(jin)行(xing)計(ji)費(fei)。不(bu)過(guo)
，電(dian)流(liu)信(xin)息(xi)使(shi)用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)應(ying)用(yong)或(huo)充(chong)電(dian)器(qi)上(shang)的(de)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)來(lai)大(da)致(zhi)了(le)解(jie)電(dian)流(liu)和(he)功(gong)耗(hao)情(qing)況(kuang)。圖(tu) 1 展示了停車場中的兩個 2 級電動汽車充電器和兩輛正在充電的電動汽車。

圖 1：電動汽車充電器

在 3 jidiandongqichechongdianqizhong

，chongdianjichusheshihuijiangjiaoliudianzhuanhuanweizhiliudian
，yibianzhijiexiangdianchikuaisushusongzhiliudian

，congerraoguochuantongdechezaichongdianqibingzaichongdianzhanshixianchaokuaisudiandongqichechongdian。diandongqichechongdianqihedianchidegonglvrongliangtishengyouzhuyumanzukuaisuchongdianhezengjiaxuhanglichengdexuqiu。dianliujiancekeyibangzhukongzhichongdianguocheng，quebaoyizuijiadefangshianquandiweidianchichongdian，congeryanchangdiandongqichehedianchixitongdeshiyongshouming。

在 3 級充電器中
，開關信號的頻率為 50kHz 至 100kHz，因此需要至少 250kHz 的(de)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，才(cai)能(neng)獲(huo)得(de)適(shi)當(dang)的(de)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)。另(ling)外(wai)，傳(chuan)播(bo)延(yan)遲(chi)也(ye)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)在(zai)信(xin)號(hao)切(qie)換(huan)時(shi)迅(xun)速(su)地(di)響(xiang)應(ying)變(bian)化(hua)。德(de)州(zhou)儀(yi)器(qi) (TI) 的 TMCS1123 等器件未經校準時
，整個溫度和壽命範圍內的最大誤差為 ±1.75%，經過單點校準後，整個溫度和壽命範圍內的誤差降至 ±1.00%。

由於 TMCS1123 在電流信息方麵具有高精度和高速度
，這些精度和速度規格使係統工程師能夠從隔離式直流/直流轉換器中去除直流阻斷電容器
，從而幫助係統工程師在設計 3 級充電器時節省成本。

光伏逆變器中的電流檢測

在光伏逆變器係統中

，電流傳感器用於測量多種配置中的電流
，例如逆變器的交流和直流輸入、直流/直流升壓、直流/直(zhi)流(liu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)電(dian)網(wang)輸(shu)出(chu)
，從(cong)而(er)幫(bang)助(zhu)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)。住(zhu)宅(zhai)光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)中(zhong)會(hui)對(dui)各(ge)個(ge)電(dian)源(yuan)軌(gui)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)，其(qi)中(zhong)電(dian)源(yuan)軌(gui)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)可(ke)能(neng)高(gao)達(da) 1,000VDC
，但光伏輸入端的電壓通常約為 500V 至 600VDC，而電網輸入和輸出則高達 400VAC。電流檢測功能可以幫助優化光伏逆變器係統，確保電網輸出上輸送的功率水平和頻率可靠且適當
，使得所有負載都處於其安全工作區 (SOA) 內。

光伏逆變器中的開關信號與電動汽車充電器中的開關信號相似
，頻率介於 50kHz 至 100kHz 之間。此外，還可以將電流傳感器用於診斷目的，例如監測太陽能電池板是否存在可能表明連接鬆動或電池板損壞的故障。TMCS1123 提供 ±1,100VDC 的增強型工作電壓，非常適合用於大多數串式逆變器。圖 2 展示了幾個單相串式逆變器中使用的電流和電壓檢測示例並以紅框標出了相應電路部分。

圖 2：光伏逆變器中典型逆變器的方框圖

電流檢測設計考慮因素

下麵我們來了解為電動汽車充電係統和光伏逆變器係統選擇電流傳感器時的一些主要考慮因素：

• 額定功率。電流傳感器（無論是基於磁體、基於分流器還是其他技術）必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)水(shui)平(ping)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)入(ru)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)技(ji)術(shu)

，以(yi)確(que)保(bao)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)在(zai)係(xi)統(tong)的(de)整(zheng)個(ge)壽(shou)命(ming)內(nei)不(bu)間(jian)斷(duan)地(di)流(liu)入(ru)係(xi)統(tong)。

• 精度。電流傳感器必須足夠精確
，以提供預期的控製和監測功能，確保係統能夠在 SOA 內按預期運行。高精度有助於保持高效率水平，同時減少元件數量，以及因嘈雜的開關係統而可能注入電網的任何諧波。

• 帶寬。在開關係統中，速度是一個重要參數。TMCS1123 提供 250kHz 的信號帶寬和 600ns 的傳播延遲

，這為係統提供了足夠的速度來進行適當的測量。TI 還在開發更多具有類似機械尺寸的高速器件。我們觀察到，在我們的器件中，隨著帶寬增加，傳播延遲會減小。

• 成(cheng)本(ben)。在(zai)選(xuan)擇(ze)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)，必(bi)須(xu)權(quan)衡(heng)考(kao)慮(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)成(cheng)本(ben)及(ji)其(qi)提(ti)供(gong)的(de)優(you)勢(shi)。一(yi)體(ti)式(shi)封(feng)裝(zhuang)的(de)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)常(chang)限(xian)製(zhi)為(wei)隻(zhi)能(neng)檢(jian)測(ce)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)電(dian)流(liu)

，而(er)基(ji)於(yu)分(fen)流(liu)器(qi)的(de)係(xi)統(tong)則(ze)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)
，因(yin)為(wei)您(nin)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)參(can)數(shu)來(lai)選(xuan)擇(ze)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)值(zhi)。

基於分流器的電流檢測技術

在電動汽車充電係統、光伏逆變器係統以及其他需要電流檢測的係統中，最常見的電流檢測技術是霍爾效應電流傳感器和基於分流器的電流傳感器。

與霍爾效應電流傳感器相比，基於分流器的電流傳感器通常在整個電流範圍內精度更高。使用穩定的放大器技術或模數轉換器 (ADC) 和精密分流電阻器時，基於分流器的電流傳感器可以在整個電流測量範圍、工作溫度範圍以及使用壽命內實現誤差不到 1% 的精度。基於分流器的解決方案可能非常簡單，可以是一個運算放大器
、一個專門設計的電流檢測放大器（比如 TI 的 INA241A）、一個用於較高電壓的隔離式放大器（比如 TI 的 AMCS1300B）或者具有數字輸出的 Σ-Δ 調製器（比如 TI 的 AMCS1306）。這類放大器通常用於監測分流電阻器上的壓降並提供比例電壓輸出。每種解決方案在工作電壓、失調電壓、漂移
、帶dai寬kuan和he易yi用yong性xing方fang麵mian均jun有you所suo不bu同tong。與yu一yi體ti式shi封feng裝zhuang的de霍huo爾er效xiao應ying解jie決jue方fang案an非fei常chang類lei似si
，基ji於yu分fen流liu器qi的de傳chuan感gan器qi也ye屬shu於yu存cun在zai電dian阻zu的de侵qin入ru性xing技ji術shu，功gong耗hao也ye是shi整zheng體ti設she計ji中zhong需xu要yao考kao慮lv的de一yi個ge因yin素su。

霍爾效應電流檢測技術

一yi體ti式shi封feng裝zhuang的de霍huo爾er效xiao應ying電dian流liu傳chuan感gan器qi在zai高gao壓ya係xi統tong中zhong很hen受shou歡huan迎ying，因yin為wei它ta們men提ti供gong了le增zeng強qiang型xing隔ge離li或huo雙shuang重zhong隔ge離li。不bu過guo，霍huo爾er效xiao應ying電dian流liu傳chuan感gan器qi會hui在zai整zheng個ge溫wen度du和he生sheng命ming周zhou期qi內nei發fa生sheng漂piao移yi，這zhe一yi點dian讓rang它ta獲huo得de的de評ping價jia不bu高gao。TI 將 TMCS1123 的漂移誤差大幅降低至 ±0.5%。該器件具有差分霍爾效應感應功能，能夠顯著減少磁場幹擾或串擾，並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
；請參閱圖 3。shiyongyitishifengzhuangjiejuefanganshi，dianliutongguoyinxiankuangzaifengzhuangneiliudong
，zhehuidailaiyinxiankuangdianzuhexinpiansanrexianzhi
，jinerhuixianzhiqijiannenggouchulidedianliudaxiao。TMCS1123 器件產品係列能夠在 25°C 時測量 75Arms 的電流。 

圖 3：TMCS1123 方框圖

其他解決方案包括環境霍爾效應傳感器或磁通門傳感器（比如 TI 的 DRV401），這些傳感器可能需要不同類型的磁芯、屏蔽或機械設計才能正常工作，而且製造或使用過程中的器件或電路板移動可能會導致位移誤差，進而有可能改變測量精度。

高壓應用中存在多個設計挑戰，使得係統更難設計且成本更高。借助 TI 的產品係列和資源

，您能夠以適當的價格快速解決各種設計問題
，從而使技術進步能夠惠及大眾，對我們的生活產生更大的影響。

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