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微系统有限责任公司

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

由于化石燃料价格的不断上涨和人们对环境健康的日益关注，消费者开始接受对环境友好的“绿色汽车”。销售预测预计，到2015年，绿色汽车的销量将占到所有汽车销量的20%-25%。[1]混合动力电动汽车（HEV）正迅速成为最受欢迎的绿色汽车，到2015年，预计将占到全球汽车销量的12%左右。[1]混合动力电动汽车采用复杂的电力电子电路来驱动控制通过车辆的电能流。在单电机HEV（见图1）中，电机作为与内燃机并联的驱动电机，或作为发电机在再生制动期间为蓄电池充电。

图1。典型HEV系统框图

典型的HEV包含各种需要电流传感器的系统，以实现最高效率的运行；包括交流电机和DC–DC转换器应用。本文主要介绍霍尔效应电流传感器技术的最新进展，以及独特、高带宽、高分辨率电流传感器在混合动力汽车中的应用。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在电流传感应用中的一个缺点是精度和输出信号带宽都受到限制。然而，Allegro开发了一系列霍尔效应电流传感器集成电路（IC），非常适合HEV亚博尊贵会员应用。这些业界领先的Allegro电流传感器IC的特点和优点包括：

信号处理和封装设计创新可实现>120 kHz的输出带宽
市场上最高的电流分辨率，最低的噪声谱密度霍尔传感器集成电路
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：通孔兼容和低电阻集成导体封装
传感器IC增益和偏置的精确工厂编程

图2描述了Allegro电流传感器IC系列中广泛的专有封装配置，并显示了可使用每种封装类型感测的电流大小。

图2。Allegro电流传感器组件

逆变器应用中的电流传感亚博尊贵会员

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型霍尔传感器提供与此电流成比例的输出电压。该设备是在一个专有的，1毫米厚的封装，减少涡流损耗，以提高传感器集成电路输出带宽相比，更传统的集成电路封装。基于Allegro SIP的电流传感器IC具有高达120 kHz的典型输出带宽，并提供高分辨率、高精度的性能，允许在逆变器系统中对PWM开关进行更高速度的控制。此外，这些SIP传感器ic为IGBT过电流保护应用提供了3µs的输出响应时间。这种解决方案的外形尺寸也比体积庞大的电流互感器小得多。Allegro SIP封装只是提供了必要的电流隔离，因为传感器IC输出引线没有连接到电机每相的高压载流导体。亚博尊贵会员

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感应到直流频率以下的电流。这一要求排除了在完全优化的系统中使用电流互感器。在这些应用中使用并联电阻器也是一个挑战（或不可能），因为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。由于Allegro霍尔效应传感器IC固有的电流隔离，以及它们能够同时感知直流电流和高频电流信号，因此它们是DC-DC转换器应用中HEV的合理选择。亚博尊贵会员

图1和图3显示了一个简化的再生式DC–DC转换器。再生转换器利用电流传感器，可以在电池电压水平下工作。由于HEV通过限制输送到蓄电池的充电电流来延长蓄电池的使用寿命，因此准确地检测转换器输出电流是一项关键功能。

这个ACS714电流传感器是许多低电流，子系统DC-DC转换器应用的理想选择。这个亚博尊贵会员ACS714型是一个工厂修剪，电流隔离传感器集成电路，可在一个非常小的形状因素SOIC8封装集成1.2兆欧导线低功耗。另外，快板ACS758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。

摘要

Allegro最新一代霍尔效应电流传感器IC技术在感应混合动力电动汽车的交流和直流电流方面具有显著优势。霍尔电流传感器具有用于高压侧电流传感的固有电流隔离，并在高效HEV应用中提供低功耗。Allegro对霍尔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的开发，非常适合用于HEV逆变器和DC–DC转换器应用。亚博尊贵会员

工具书类

文章发表于欧洲电力系统设计，2010年7月/8月。经允许转载。

[1] “2009年全球汽车工业展望：经济放缓对未来汽车销售和生产的影响”，Frost&Sullivan，2009年，第31页，在线版，2010年6月访问，http://www.frost.com/prod/servlet/report-homepage.pag？快速=M3A1-01-00-00-00。

参考号：AN296075