用霍尔电流传感实现高质量OBC与光伏电流检测

电子发烧友网报道（文/李宁远）随着自动化和智能化趋势的蔓延，电动车、工业自动化、光伏储能等领域的快速发展推动了市场对高压功率系统的需求，这些功率系统的效率和性能的要求也是越来越严苛。如何高效、精确地控制、监测和保护这些需要长时间运转的系统并不容易，电流检测又是其中最重要的一环。
 
新能源汽车OBC/DCDC电流检测
 
电流传感器在新能源汽车上的应用大致可以分为五类，交流充电桩的漏电流检测、BMS电流检测、PDU电流检测、OBC/DCDC电流检测以及电机控制器的电流检测。其中车载充电器OBC、车载DC-DC转换器、空调PTC加热器和充电桩这些应用里，都需要用到一种检测电流的传感器——霍尔电流传感器。
 
霍尔电流传感，可以说是最经典的一类电流传感器。利用霍尔磁平衡原理，在霍尔元件的控制电流端输入被测电流，同时在霍尔元件平面的法线方向施加磁场，可以精确地反映出被测电流的变化情况，霍尔电流传感将大电流转换成同频同相的小电流方便测量或者隔离。
 
OBC/DCDC电流检测里使用芯片级的电流传感可以非常灵活地实现高精度检测，不局限于直流或者交流，体积小功率损耗小。相比之下，使用分流电阻的检测方案在大电流下会损失更多功率，而且需要对温度进行补偿；使用电流互感器的检测方案则无法测量直流分量，铁芯也容易饱和；即便是电流传感模块，虽然检测结果很精确但体积大成本高。
 
芯片级的霍尔电流传感就比较看重共模磁场抑制比CMFR，因为它本身是通过霍尔原理来检测，所以它对外部磁场的干扰非常敏感。应用在新能源汽车OBC/DCDC电流检测里的霍尔传感一般都需要有大于40dB的CMFR，才能将干扰度降到1%以下。
 
电流检测除了做过流保护以外，也需要采集电流的大小方便对其进行控制。那正常工作状态下电流相对保护点电流值要小很多，那么传感器在小电流输入的时候，它的精度就非常重要，而且小电流输入条件下的信噪比也相对会差一些，所以对传感器精度要求也是尽可能的小（不超过2%）。
 
因为OBC/DCDC这种系统对成本和体积要求都很高，所以对传感的尺寸和性能要求也比较高，芯片级的霍尔电流传感器非常适合于这个应用领域。
 
光伏系统电流检测需求
 
先看光伏逆变器中的电流检测，逆变器种类很多，集中式、集散式、组串式以及微型，微型逆变器电压等级是最低的，接近一百伏，其他逆变器都是上千的电压等级。因此电流检测必须是在高电压隔离下进行的检测，而且传感器需要提供足够快速的保护。
 
不管是哪一种逆变器，在汇流箱或者PV串部分，对传感器的要求都是需要有高隔离电压等级，能实现高边电流采样并快速关断，对精度的要求为不超过2%。MPPT控制部分对电流检测的需求主要在于带宽和响应时间，精度不超过2%即可。所有逆变器的DCAC控制部分对电流精度的要求很高，最好不超过1%，直流偏置最好不超过0.5%，而且需要提供多种保护功能。
 
传统的隔离电流检测要么不加分立元件，成本有优势但不一定测得准，要么加分立元件测得准但是成本上升。集成电气屏蔽的电流传感芯片通过提升隔离等级可以提供出色的共模抑制和瞬态抗扰度保护，解决了传统的隔离电流检测的痛点，性价比很高。
 
小结
 
使用带隔离的霍尔电流传感芯片，能以很紧凑的方案，替代原本在新能源汽车OBC、光伏逆变器领域用于电流传感的分流电阻、电流互感以及隔离等器件，在尺寸和成本上都有着更大的优势。