霍尔效应电流传感在混合动力电动汽车中的应用亚博尊贵会员

肖恩·米拉诺和迈克·杜格
亚博棋牌游戏Allegro Microsystems，LLC

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，Inc.是开发、制造和销售高性能霍尔效应传感器集成电路的世界领导者。本说明提供了对混合动力电动汽车（HEV）动力系统的理解，以及霍尔效应传感技术对提高这些系统的性能和成本效益的贡献。

介绍

由于化石燃料的成本上升和环境的健康不足，消费者正在拥抱环保的“绿色汽车”。销售预测预测，2015年，绿色汽车销售将占所有车辆销量的20％-25％。[1]混合动力电动汽车（HEV）迅速成为最受欢迎的绿色汽车，到2015年预计将包括大约12％的全球车辆销售。[1]混合动力电动车采用复杂的电力电子电路来控制通过车辆的电能流动。在单个电动机HEV（参见图1）中，电动机用作与内燃机并联的驱动电机，或者作为发电机，以在再生制动期间为电池充电。

图1.典型的HEV系统框图

典型的HEV包含各种系统，需要电流传感器，用于最大高效的操作;包括交流电机和DC-DC转换器应用。亚博尊贵会员本文重点介绍了HALL效应电流传感器技术的最新进展以及HEV应用中的独特高带宽，增强的分辨率电流传感器。亚博尊贵会员

HEV电源循环

在HEV动力循环中，主蓄电池电压倒转，如图1所示，产生的交流电压施加到电机上，电机反过来驱动车轮。在再生制动过程中，交流电机还充当发电机。当再生系统启动时，电动发电机的输出被整流并转换为为为HEV蓄电池充电所需的直流电压，从而完成电源循环。如果HEV是插入式车辆，则还可以对线路电压进行整流并用于对蓄电池充电。

再生制动过程是提高混合动力汽车燃油效率的主要因素，因为制动能量（通常以热的形式浪费）被部分回收并用于给主蓄电池充电。为了给车内的低电压信息娱乐和车身控制子系统供电，通常使用DC-DC转换器将混合动力蓄电池电压（通常从300到500 V）降低到较低的直流电压。

霍尔效应电流传感的一次革命

传统霍尔效应传感器的一个缺点，在当前感测应用中使用时，这是精度和输出信号带宽的一般限制。亚博尊贵会员但是，Allegro开发了广泛的霍尔效应电流传感器集成电路（IC），其非常适合HEV应用。亚博尊贵会员这些行业领先的Allegro电流传感器IC的功能和优势包括：

信号处理和封装设计创新可实现>120 kHz的输出带宽
最高电流分辨率，最低噪声谱密度霍尔传感器IC在市场上
专有的、占地面积小的传感器IC封装，带电流隔离
降低功率损耗：符合孔的通孔和低电阻综合导体包
传感器IC增益和偏置的精确工厂编程

图2描绘了Allegro电流传感器IC系列中的广泛专有包配置，并显示了可以使用每个包类型感测的当前幅度。

图2。Allegro电流传感器组件

逆变器应用中的电流检测亚博尊贵会员

典型逆变器中的三相全桥驱动器将直流电池电压转换为系统电机高效运行所需的三相交流电压（见图3）。测量逆变器相电流，所得信息通常用于控制脉宽调制（PWM）逆变器开关（通常为IGBT）。逆变器控制回路需要高带宽的电流传感器，以提高精度，并最大限度地提高电机转矩和整体电机效率。具有快速响应时间的高压侧电流传感器还可以在从电机相到系统接地节点的短路情况下启用过电流保护。快板A1360霍尔线性器件专为满足HEV逆变器应用的电压隔离、>200安培（A）负载电流和高带宽需求而定制。亚博尊贵会员

图3。（左）：DC-DC转换器充电器，（右）：三相DC-AC逆变器

这个A1360线性霍尔效应传感器通常放置在铁磁圆环的间隙中，该圆环包围电机中的每个逆变器相导体（图2）。当电流在导体中流动时，圆环通过标准的单线封装（SIP）集中产生的磁场。这个A1360霍尔换能器提供与该电流成比例的输出电压。该装置可在专有的1毫米厚包装中提供，与更多传统IC封装相比，减少了涡流损耗以改善传感器IC输出带宽。Allegro基于SIP的电流传感器IC具有高达120 kHz的典型输出带宽，提供高分辨率，高精度性能，允许在逆变器系统中更高速度控制PWM开关。此外，这些SIP传感器IC为IGBT过流保护应用提供了3μs输出响应时间。亚博尊贵会员该解决方案的形状因子也比庞大的电流互感器小得多。Allegro SIP包装简单地提供了必要的电流隔离，因为传感器IC输出引线未连接到电动机的每个相中的高电压，电流承载导体。

DC–DC转换器

电流感应范围和所需的隔离电压决定了用于DC–DC转换器的最佳Allegro电流传感器IC封装。

DC-DC转换器中的电流传感器通常需要向DC频率感测电流。该要求排除了完全优化系统中的电流变压器的使用。由于高输入或输出直流电压需要昂贵的高共模输入运算放大器，因此在亚博尊贵会员这些应用中使用并联电阻也是具有挑战性的（或不可能的）。由于Allegro Hall效应传感器IC的固有电流隔离，以及它们检测DC电流和高频电流信号的能力，它们是DC-DC转换器应用中HEV的逻辑选择。亚博尊贵会员

简化的再生DC-DC转换器如图1和3所示。再生转换器利用电流传感器，该传感器可以以电池电压电平运行。精确感测转换器输出电流是通过限制输送到电池的充电电流来延长电池寿命的关键功能。

这个ACS714电流传感器非常适用于许多较低电流，子系统DC-DC转换器应用。亚博尊贵会员这个ACS714型是一款工厂修剪，电流隔离传感器IC，可在极小的外形SOIC8包装中提供，具有集成的1.2MΩ导体，用于低功耗。另外，allegroACS758设备将一个100μΩ导体和一个铁磁芯合并到一个小尺寸的、电隔离的封装中，能够感测50到200 a的电流。可以使用前面提到的基于SIP的环形配置感测200 a以上的电流。所有这些Allegro解决方案都提供业界领先的高带宽输出性能和卓越的电流分辨率能力。

概要

Allegro的最新一代Hall效应电流传感器IC技术在HEVS中感测AC和DC电流方面具有显着的优势。霍尔电流传感器具有高侧电流检测的固有电流隔离，在高效HEV应用中提供低功耗。亚博尊贵会员Allegro大厅IC技术的最新改进导致了行业领先的高带宽，高分辨率电流传感器IC，非常适合于HEV逆变器和DC-DC转换器应用。亚博尊贵会员

参考资料

文章发表于电力系统设计欧洲，2010年7月/8月。经允许转载。

[1]“全球汽车行业展望2009：经济放缓对汽车销售和生产未来的影响，”弗罗斯特·沙利文，2009年，p。31，在线版访问2010年6月，http://www.frost.com/prod/servlet/report-homepage.pag?repid=m3a1-01-00-00-00。

参考号：AN296075