霍尔效应电流传感在混合动力汽车(HEV)中的应用雷竞技最新网址

肖恩·米兰诺(Shaun Milano)和迈克·杜格(Mike Doogue)著
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雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems, Inc.是全球研发、制造和销售高性能霍尔效应传感器集成电路的领导者。本文提供了对混合动力汽车(HEV)动力系统的理解，以及霍尔效应传感技术对改善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上涨和对环境健康的日益关注，消费者正在接受环保的“绿色汽车”。销售预测预测，到2015年，绿色汽车的销量将占所有汽车销量的20%-25%混合动力汽车(HEV)正迅速成为最受欢迎的绿色汽车，预计到2015年将占全球汽车销量的约12%混合动力汽车采用复杂的电力电子电路来控制通过汽车的电能流动。在单电机HEV(见图1)中，电机作为一个驱动电机与内燃机并行，或作为发电机在再生制动期间为电池充电。

图1所示。典型的混合动力系统框图

典型的混合动力汽车包含各种需要电流传感器以最大效率运行的系统;包括交流电机和DC-DC变换器的应用。雷竞技最新网址本文重点介绍霍尔效应电流传感器技术的最新进展，以及在混合动力汽车应用中使用独特的、高带宽、高分辨率的电流传感器。雷竞技最新网址

HEV动力循环

在HEV动力循环中，主电池电压倒置如图1所示，由此产生的交流电压被施加到电机上，进而驱动车轮。在再生制动过程中，交流电机也充当发电机。当再生系统处于主动状态时，将电机发电机的输出进行整流，转换为为HEV电池充电所需的直流电压，完成动力循环。如果混合动力汽车是插电式汽车，那么线路电压也可以被整流并用于电池充电。

再生制动过程是提高混合动力汽车燃料效率的主要因素，因为通常以热量形式浪费的制动能量可以部分回收并用于给主电池充电。为了给车载低电压信息娱乐系统和车身控制子系统供电，通常使用DC-DC转换器将混合电池电压(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场革命

在当前的传感应用中，传统霍尔效应传感器的一个缺点是在精度和输出信号带宽上都存在普遍的局限性。雷竞技最新网址然而，Allegro已经开发了广泛的霍尔效应电流传感器集成电路(ICs)，非常适合混合动力汽车的应用。雷竞技最新网址这些行业领先的Allegro电流传感器ic的特点和优点包括:

信号处理和封装设计的创新，使> 120 kHz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
专利的，占地面积小的传感器IC封装，具有电隔离
降低功耗:通孔兼容和低电阻集成导体封装
精确的传感器IC增益和偏移量的工厂编程

图2描述了Allegro电流传感器IC系列中广泛的专利封装配置，并显示了使用每种封装类型可感知的电流大小。

图2。Allegro电流传感器套件

电流检测在逆变器中的应用雷竞技最新网址

三相,全桥驱动程序在一个典型的逆变器将直流电压转换为三相交流电压,需要高效的操作系统的运动(见图3)。逆变阶段电流测量和由此产生的信息通常是用于控制脉宽调制(PWM)逆变器开关(通常是igbt)。逆变器控制回路需要高带宽电流传感器来提高精度，并最大限度地提高电机扭矩和整体电机效率。具有快速响应时间的高边电流传感器还可以在从电机相位到系统接地节点的短路条件下实现过流保护。阿莱格罗A1360霍尔线性器件是为满足HEV逆变器应用的电压隔离、> 200安培(A)负载电流和高带宽要求而定制的。雷竞技最新网址

图3。左:DC-DC变换器充电器，右:三相DC-AC逆变器

的A1360线性霍尔效应传感器通常放置在铁磁环的间隙中，铁磁环围绕着电机中的每一个逆变相导体(图2)。当电流在导体中流动时，环集中产生的磁场通过标准的单入线封装(SIP)。的A1360霍尔传感器提供与此电流成比例的输出电压。与传统IC封装相比，该器件具有1毫米厚的专有封装，可减少涡流损耗，提高传感器IC输出带宽。基于Allegro sip的电流传感器ic具有典型的高达120khz的输出带宽，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传感器集成电路为IGBT过流保护应用提供了3µs的输出响应时间。雷竞技最新网址这种解决方案的外形系数也比体积较大的电流互感器小得多。Allegro SIP封装简单地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各相的高电压、电流携带导体。

直流-直流转换器

电流传感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包。

在DC - DC转换器中，电流传感器通常需要检测到直流频率下的电流。这一要求禁止在完全优化的系统中使用电流互感器。在这些应用中使用分流电阻也具有挑战性(或不可能)，因为高输入或雷竞技最新网址输出直流电压需要昂贵的高共模输入运算放大器。由于Allegro霍尔效应传感器集成电路具有固有的电流隔离特性，并且能够同时检测直流电流和高频电流信号，因此它们是混合动力汽车DC-DC变换器应用的逻辑选择。雷竞技最新网址

一个简化的再生DC-DC变换器如图1和3所示。再生变换器利用电流传感器，可以在电池电压水平运行。准确感知转换器输出电流是一项关键功能，因为通过限制提供给电池的充电电流，HEV电池寿命得以延长。

的ACS714电流传感器是许多低电流，子系统DC-DC变换器的理想应用。雷竞技最新网址的ACS714是一种工厂加工的、电隔离传感器IC，可在一个非常小的SOIC8封装，集成1.2 mΩ导体，以降低功耗。此外,快板ACS758设备集成了100µΩ导体和铁磁核心到一个小的形状因素，电隔离封装，能够感知50至200 a。以上200a的电流可以用前面提到的基于SIP的环形配置来感知。所有这些Allegro解决方案提供业界领先的高带宽输出性能和卓越的当前分辨率能力。

总结

Allegro最新一代霍尔效应电流传感器IC技术在混合动力汽车的交流和直流电流传感方面具有显著优势。霍尔电流传感器具有固有的电流隔离特性，可用于高侧电流传感，并可在高效率混合动力应用中提供低功耗。雷竞技最新网址最近，Allegro对霍尔集成电路技术的改进导致了行业领先的高带宽、高分辨率电流传感器集成电路的发展，非常适合用于HEV逆变器和DC-DC变换器应用。雷竞技最新网址

参考文献

文章发表在电力系统设计7月/ 2010年8月。允许转载。

[1]“全球汽车工业展望2009:经济放缓对未来汽车销售和生产的影响”，Frost & Sullivan, 2009，第31页，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:AN296075