电动汽车和混合动力汽车中的霍尔效应电流传感

下载PDF版本

作者Georges El Bacha，系统工程师
Ali Sirohiwala，系统工程师
亚博棋牌游戏Allegro微系统有限责任公司

汽车市场正在从机械驱动和定时方法向电驱动系统过渡。霍尔效应器件被证明是唯一适合这些应用。本申请说明对实施因素进行了审查。亚博尊贵会员

介绍

采用电动执行机构代替皮带驱动和液压执行机构，可以提高混合动力汽车和电动汽车的能效。例如，在传统的内燃机中，风扇皮带驱动冷却风扇，该风扇在发动机运转时连续工作。这同样适用于动力转向泵和其他皮带驱动负载。

技术替代效益

如图1所示，用电动机代替皮带驱动的执行机构，可提高能源效率，并允许对执行机构进行更好的控制。精密，高速电流传感器集成电路提供带宽，响应时间，低噪声，精度性能优化电机性能所必需的。它们还可以通过报告过电流状况和触发保护电路快速检测故障。

图1。节能电动执行机构

Allegro霍尔效应电流传感器IC经过工厂微调，在整个工作温度范围内提供均匀的灵敏度和最小化偏置电压。这些封装的占地面积小，加上采用电流隔离设计，有利于高侧和低侧电流传感，同时节省PCB面积，特别是与基于传感电阻和运算放大器电流的传统传感解决方案相比，如图2所示。

图2。典型霍尔电流传感器集成电路的PCB体积比较
传统感测电阻和运算放大器电流感测

所示SOIC封装是典型的霍尔解决方案。在快板中ACS714型，使用此封装的产品线之一，低电阻集成导体用作感测电流的路径（图3，左面板），使其接近感测元件，同时保持电流隔离。这将功率损失降至最低，并有助于高级HEV系统所需的高精度测量。

图3。智能电池电流感应。左边的插图显示
ACS714中集成的主要感应电流路径。

例如：智能电池

智能电池系统的充电电流监测是一个越来越相关的低压侧电流传感实施的例子。如图3所示，除了两个电池端子外，这些电池系统通常有两个诊断信号：用于电池健康的单线数据线和用于电池温度监测的单线热敏电阻输出。这些诊断与蓄电池负极端子有关。

看似简单的传感电阻解的设计复杂度直接影响传感决策的效率和准确性。在这种应用中使用感测电阻器时，设计工程师必须考虑各种关键误差项。其中最主要的是，电阻器将从电池中消耗大量的能量作为热量，使系统效率低下，在应用中需要额外的热传递结构。

其次，热现象也会影响感测电压V_感觉在图3中，这将通过感测电阻器展开。此外，感测电阻运算放大器解决方案要求_感觉叠加在热敏电阻电压上，V_热. 这会使充电控制器看到的电压升高，从而：

V′型_感觉=V_感觉+五_热,

导致监测到的电池温度误差系数增大。这阻碍了电池系统的充电控制，从而最终破坏了电池寿命，这是HEV和EV系统成功的关键组成部分。

要对比霍尔效应传感器IC解决方案，首先要考虑最基本的因素，导体电阻。集成导体的电流路径电阻简单而低得多，低至100μΩ。这大大降低了整个应用程序的功耗。

另一个重要的考虑因素是，集成导体回路的端子上几乎形成零电压。将电压降至最低可提高热敏电阻诊断信号（V）的准确性和完整性_感觉驱动到其下限）。

霍尔效应技术的一个根本优势在于电流和感应信号响应之间的磁耦合。这是因为在实际温度范围内，所感测的基于电流的磁特性不依赖于热。这不仅确保了响应与电流电平变化的整体线性，而且先进的霍尔效应器件可以结合逻辑电路，使其高度可定制，并提供可编程的温度偏移，进一步提高性能。

这简化了整个系统的设计挑战，并将霍尔集成电路与相对粗暴的力感电阻运算放大器方法形成鲜明对比，其复杂的元件依赖于导体电阻与精度。当使用感应电阻op-amp方法时，必须使用低电阻值以最小化功耗。然而，低电阻也有相反的效果，降低了精度性能，因为将感测到非常小的电压。如前所述，先进的霍尔集成电路可以在极低的电压下工作。此外，设备后端级可以输出经过调节的数据信号，以符合应用系统的要求，而不影响集成解决方案的优越精度和低功耗。

实用传感解决方案

亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems，LLC开发了一系列完全集成的霍尔效应电流传感器IC，可提供与应用的交流或直流电流成比例的高精度、低噪声输出电压信号（双向或单向）。设备的基本类别如图4所示。

图4。Allegro霍尔效应电流传感器IC典型封装类别

Allegro专有集成霍尔效应器件采用先进的集成电路和封装技术，用于感测5至200 A的电流。甚至更大的电流可以使用霍尔集成电路和外部磁集中器或磁芯进行测量。Allegro电流传感器IC允许设计工程师在新的EV和HEV应用中使用基于霍尔效应的电流传感器IC，这些应用需要提高能效或新的操作特性。在任何需要电流传感的地方，集成霍尔效应IC都可以提供解决方案。亚博尊贵会员

本文件中包含的信息不构成Allegro就本文件主题向客户作出的任何陈述、保证、保证、担保或诱因。所提供的信息不能保证基于此信息的过程是可靠的，或者Allegro已经探索了所有可能的故障模式。客户有责任对最终产品进行充分的鉴定测试，以确保其可靠并满足所有设计要求。