以霍爾效應電流傳感器創(chuàng)新簡化高電壓感測

在電動車（EV）充電和太陽能逆變器系統(tǒng)中，電流傳感器會透過監(jiān)測分流電阻器中的壓降，或是流過導體電流所產(chǎn)生的磁場來量測電流。這些高壓系統(tǒng)使用電流信息來控制與監(jiān)測電源轉(zhuǎn)換、充電與放電。
霍爾效應和分流式電流傳感器是需要電流感測的最常用技術(shù)之一。但目前在高壓應用中的霍爾效應傳感器使用仍存在許多問題。本文探討各種拓撲的選擇考慮，并特別說明能在高壓應用中實現(xiàn)霍爾效應電流傳感器使用，進而簡化電流感測的電流創(chuàng)新。

 
圖一 : 霍爾效應和分流式電流傳感器是需要電流感測的最常用技術(shù)之一。（source：德州儀器）

分流式與霍爾效應式電流感測
分流式電流傳感器在整個電流范圍中通常比霍爾效應電流傳感器來得準確。運用穩(wěn) 定放大器技術(shù)或精確模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和精密分流電阻器，工程師可在整個電流量測范圍、溫度和使用壽命中，實現(xiàn)低于 1% 漂移的高準確度。分流式傳感器在車用牽引逆變器、伺服驅(qū)動器與EV充電基礎架構(gòu)應用中廣為使用。
放大器與精確ADC通常會監(jiān)測分流電阻器中是否發(fā)生壓降，并提供成比例的輸出。每個電流感測解決方案都擁有不同的操作電壓、偏移、漂移、帶寬和使用便利 相關功能。分流式系統(tǒng)有幾個限制因素：因裝置架構(gòu)而常有較長傳播延遲，此外設 計復雜程度也較高，例如高側(cè)與低側(cè)電源。您也需仔細考慮分流式裝置的分流電阻 器參數(shù)與功耗。
封裝霍爾效應電流傳感器通常比分流式解決方案更符合成本效益、傳播延遲較快，系統(tǒng)設計也更加簡單。運用封裝解決方案，電流會流過導線架上的封裝，不僅可消除對精確電阻器的需求，也可減少成本和物料清單。此外，無需高側(cè)或低側(cè)電源供應，也可使用單一低側(cè)電源供應器來為霍爾效應電流供電，進一步降低設計復雜性。

創(chuàng)新簡化高電壓電流感測
雖然霍爾效應電流傳感器有如此多優(yōu)點，這些裝置仍因在各種溫度與使用壽命下的高度漂移特性，而不受多數(shù)設計人員重視。由于電子與隔離衰退，霍爾效應電流傳感器會在使用壽命期間產(chǎn)生顯著漂移。
為解決這些缺點，TI開發(fā)能將TMCS1123霍爾效應電流傳感器使用壽命靈敏度漂移誤差大幅降低至+/-0.5%的解決方案，讓工程人員能夠設計在系統(tǒng)壽命期間需要較少校驗或維修的高電壓系統(tǒng)。并在使用壽命與各種溫度下的最大靈敏度總誤差降低至+/-1.75%，幫助提升效率并減少昂貴的系統(tǒng)校驗。此外，TMCS1123擁有差動霍爾效應感測功能，可大幅降低磁場干擾或串音，并提供過電流偵測、準確電壓參考和傳感器警示等其他功能。

 
圖二 : TMCS1123方塊圖（source：德州儀器）

TMCS1123也可處理霍爾效應傳感器的其他常見限制，例如導線架電阻和硅晶散熱限制等影響裝置可處理電流量的限制。TMCS1123可在25°C下提供75 ARMS，并在各種溫度范圍與使用壽命中實現(xiàn)+/-1.75%靈敏度誤差，是可在系統(tǒng)生命周期中提供高度準確性的解決方案。

電流感測設計考慮
為系統(tǒng)選擇電流傳感器時有幾個主要考慮：首先，準確度不僅為重要考慮，也是決定可行技術(shù)時最先定義的參數(shù)之一。二是功率額定值是前述所有技術(shù)的關鍵；系統(tǒng)電壓與電流位準必須在裝置指定參數(shù)范圍內(nèi)，以進行安全有效的操作。
帶寬和速度是主動控制太陽能隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器等切換系統(tǒng)的必要因素。設計復雜性則是另一個重要因素：霍爾效應電流傳感器可在裝置限制內(nèi)輕松運用在各種電壓位準上，且無需其他電源供應或組件。

結(jié)論
電動車充電器和太陽能逆變器等高電壓系統(tǒng)對高準確度電流量測的需求不斷增長，高電壓應用中的多個設計挑戰(zhàn)也讓系統(tǒng)變得更加復雜，設計費用也更加高昂。運用TMCS1123 等電流感測裝置，將可準確感測電動車充電器等高電壓應用中的電流，并可限制設計復雜性、快速解決設計問題。