电流感应提高了能源应用的效率

今天，我们看到向绿色能源的过渡加速，这转化为交通系统的逐步电气化，以及随之而来的道路上电动汽车数量的增长。电动汽车能否成功取决于两个关键因素，即减少电池方面的里程焦虑，并根据电池健康状况和充电状态以及逆变器在系统级别提供准确的信息。这有助于降低成本，实现更高效的动力总成设计。在这两种用例中，精确的电流传感器都发挥着重要作用。

电子行业也有一场竞赛，以降低任何组件的成本和占地面积，包括电流传感器。对更小、更便宜的传感器的需求加速了碳化硅功率模块的采用，因为它们能够应对更高的电压水平和功率密度，从而实现更好的系统效率。

LEM 的电流感应解决方案

LEM 是一家成立于 50 年前、总部位于日内瓦的公司，一直涉足电流传感业务，一直在开发其专有技术。LEM 集成了全方位的活动，包括设计、测试和制造。

LEM 全球产品管理副总裁 Bastien Musy 说：“可以公平地说，今天，LEM 是电流传感领域唯一的纯玩家。” “许多公司生产当前的传感器，但它们通常是大公司的一部分。”

LEM 提供的传感器范围从非常小的电流水平到数千安培，涵盖范围非常广泛的应用，包括工业和汽车驱动器、用于充电基础设施的传感器和直流电表、用于医疗应用和测试台的高精度设备、汽车电池管理系统等等。

电流传感器广泛用于逆变器应用，通常采用开环测量技术。由于需要铁氧体磁芯，因此在减小器件的占位面积方面存在潜在限制。LEM 新推出的电流传感器 HOB-P 是一个很好的例子，它说明了如何减小铁氧体磁芯的尺寸，同时保持客户应用所需的相同性能水平。HOB-P 具有混合架构，因为它包括一个有源组件（带有铁氧体屏蔽的 ASIC）和一个无源组件，它是一个集成在 PCB 上的拾波线圈（参见图 1）。

这种混合解决方案背后的主要思想是通过拾取线圈提高频率——在这种情况下，高于 1 MHz。如果我们只有铁氧体，我们将无法将频率提高到如此高的水平。在这种特定情况下，提高频率的原因基本上是为了实现快速开关频率，在逆变器设计中利用基于 SiC 的功率器件特性。

“我们正在努力解决开环架构的局限性，而 HOB 就是我们如何将我们的专业知识应用于创新产品的一个例子，”Musy 说。

图 1：HOB-P，一种混合换能器（来源：LEM）

铁氧体的尺寸显然是测量电流水平的函数。在这种情况下，HOB-P是一种传感器，标称测量值高达150 a，最大测量值高达250 a。响应时间很短，小于200 ns。在这里，我们讨论的是一种开环技术，它本质上比闭环技术提供更低的响应时间。

碳化硅在逆变器中的广泛应用将导致工作电压的增加。

穆西说：“我们看到汽车制造商正在逐步从400伏架构转向800伏架构，以减少给定功率水平下的线束尺寸。”。“此外，朝着更高工作电压的方向发展使充电时间更快，因此我们正在升级我们的产品组合。”

快速充电需要直流计量，这是相对较新的东西。在这里，LEM开发了一种直流电表，可向充电站提供准确的信息，并允许向最终消费者计费。然而，测量直流电并不像测量交流电那么容易。由于一直到连接到电池的插头都有功率损耗，因此必须校准测量设备。必须校准传感单元，以补偿所有这些特性以及连接长度，以便向用户提供最准确的信息。

“我们正在创新的另一个领域是剩余电流监测和剩余电流检测，”穆西说。“剩余电流检测对于保护个人至关重要，LEM提供了一种在发生故障时关闭系统的产品，即在电缆或车辆车载充电器中检测到电流泄漏。”

太阳能是电流传感器的另一个相关市场。在这里，LEM提供为太阳能应用而设计的产品，如逆变器、变流器和剩余电流检测器。

穆西说：“我们还参与了配电，我们正在提出监测电网负荷的解决方案，特别是在中低压电站。”。

传统上，电网的结构基本上是朝一个方向发展，从生产商到分销商，再到最终消费者。如今，分布式能源在市场上越来越受欢迎，优化了整个电网的输入和输出流量。电网必须应对充电基础设施所需的高峰值功率。LEM也通过提供罗氏线圈传感器在该市场上出现。

Rogowski线圈（见图2）是一种灵活的分芯交流电流传感器，插入配电盘的电缆中，使市政、公用事业或建筑管理公司能够实时监测当地配电网。该技术提供了极好的成本灵活性权衡，非常适合改装现有装置。

图 2：LEM ARU 系列交流电流传感器（来源：LEM）