助力EV和光伏逆变器系统，突破高压电流检测难题，TI霍尔效应电流传器进阶

在电动汽车(EV)充电系统和光伏逆变器系统中，电流传感器通过监测分流电阻器上的压降或导体中电流产生的磁场来测量电流。这些高压系统使用电流信息控制和监测电源转换、充电和放电。在之前虽然霍尔效应电流传感器已广泛应用于新能源领域，但在高压系统中由于电气和隔离衰减，霍尔效应电流传感器在其生命周期内存在很大的漂移。
 
最近，德州仪器TI研发出了一种解决方案，可将霍尔效应电流传器 TMCS1123 在生命周期内的灵敏度漂移误差大幅降低至 ±0.5%，从而使工程师能够设计出在整个系统生命周期内需要更少校准或维护的高压系统。TMCS1123 还解决了霍尔效应传感器的一些其他常见限制，例如引线框电阻和芯片散热限制，这些会限制器件能够处理的电流大小。TMCS1123 能够在 25°C 条件下检测 75ARMS 的电流，并在整个温度范围和生命周期内，无需校准即可实现 ±1.75% 的灵敏度误差，因此能够在系统的生命周期内保持高精度。
 
另外，TMCS1123 具有差分霍尔效应感应功能，能够显著减少磁场干扰或串扰，并且还提供了过流检测、精密电压基准和传感器报警等其他功能。
 

TMCS1123 方框图

 
在最近的德州仪器可再生能源半导体技术峰会上，德州仪器王书彪先生对这款产品进行了分享。具体来看，它的高可靠性电压TDDB曲线，TMCS1123加强绝缘可以做到1100V工作电压，基础绝缘可以做到2000V。系统实现高可靠性。
 
产品的输出带宽以及高响应特点方面，这个系列产品目前发布的是250k带宽产品，未来全系列产品会做到1MHz。“我们把信号的模拟带宽提高到250kHz，能够实现更快的控制环路从而提高系统效率。这样对于大部分的数字电源或是逆变器系统，这个模拟带宽可以给环路提供足够的反应速度。”在随后的采访中，德州仪器技术经理付杨说道。

高响应特点上，TMCS1123可以做到OC过流故障的输出，ms级过流保护，能在高可靠性或者需要诊断的场景提供一个主动的OC信号。OC的设置范围目前发布的产品是±100A霍尔传感器，过流点设置在2.5倍，也就是2.5倍乘100A即250A。也就是说，如果出现过流、短路和过压这一类的特殊情况，对于信号或事件的反应时间大约是微秒级，从而帮助达到更好的可靠性和稳定性。另外，这一代产品比上一代产品做了差分霍尔结构，包括霍尔的输入和输出调节都是用差分的结构，解决干扰问题。
 
为何TMCS1123这款产品能够解决漂移、散热等问题，应用于高压系统呢。付杨表示，德州仪器在TMCS1123这款产品的设计和工艺上都有一些创新。事实上，TI在信号调理方面是比较擅长的，有很多传统的电流采样方案，比如一些基于采样电阻分流器的电流采样方案。我们把这样的设计复用在霍尔效应电流传感器产品里，因为它们的后端技术都是对于小信号的调理和放大，这其实也是TI在设计方面的优势。
 
另一方面，从工艺上来说，TI拥有自己的工艺技术，比如如何优化外界环境磁场的干扰，以及如何在一个非常有限的封装里面实现大电流的流通，同时又对热管理进行比较优化的控制。这些方面都能帮助我们从工艺上提高产品的性能。
 
付杨说道，TMCS1123重点体现在寿命、温漂，以及初始的采样精度等特点，这些方面我们花了很大的精力，运用不同的设计进行了提高。它的优点在于使用非常简单，不需要使用分流器加芯片方案。一颗芯片既集成不需要隔离的器件，又不需要加上数字隔离器以及分流器，整体系统设计非常简洁。
 
就客户端的应用选择来说，为系统选择电流传感器时需要考虑的要素，首先是精度，其次是功率等级，系统的电压和电流水平必须在器件规定的参数范围内，以确保安全高效地运行。为了灵敏地控制开关系统，例如太阳能系统中的隔离式直流/直流转换器，还必须考虑带宽和速度。设计复杂性也是需要考虑的一项重要因素。霍尔效应电流传感器使用简单，无需额外的电源或元件，能够在器件允许范围内的所有电压电平条件下工作。付杨表示，借助 TMCS1123 等电流检测器件，客户可以在 EV 充电器等高压应用中精确地检测电流，同时降低设计复杂性，并以更合理的价格迅速解决各种设计问题。目前在客户端相对比较快的一些项目上得到了许多正面的反馈。