具有完全集成电流检测IC的智能电网应用中提高智能电网应用的效率雷竞技最新网址
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作者:Shaun Milano 雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems, LLC
Andreas P. Friedrich 雷竞技竞猜下载Allegro Microsystems欧洲
专注于光伏系统
随着对全球能源和环境意识需求的越来越多，电力电子应用受到提高效率的压力。雷竞技最新网址智能电网的出现，插入式混合动力电动车（PHEV）和全电池电动车（BEV）以及电网绑定光伏（PV）和其他网格捆绑的可再生能源系统，所有这些都将需要开发效率的发展逆变器。特别地，光伏逆变器设计的新发展是在最小化每瓦的成本和增加从太阳系中利用的最大功率来实现最佳投资回报。Allegro™Microsystems LLC开发了独特的高性能集成电流传感器IC系列，旨在用于智能电网逆变器和电机控制应用。雷竞技最新网址
光伏系统
化石燃料的成本不断上升，加上人们越来越意识到需要低碳排放，引发了对使用可再生资源技术的密集研究和开发活动。raybet软件可再生能源占全球最终消费量的19%，在过去五年中，许多技术以每年两位数的速度增长。特别是风力发电和光伏太阳能技术得到了长足发展，并网太阳能光伏技术以每年超过60%的速度增长。
与太阳能生产相关的主要挑战是将光伏电池板产生的直流电流转换为电网的正弦交流电流。图1展示了光伏系统的简单框图，该系统由太阳能电池板阵列和逆变器组成，并网配置具有开关控制和最大功率点跟踪(MPPT)。MPPT模块通常用于更大阵列的每个光伏串，因为最大功率点可以根据太阳辐射的变化不断地从一个太阳串到另一个太阳串。电流传感器是跟踪这些直流电流水平的关键，然后使用微控制器来调整系统的工作点，以提供每个PV串的最大可用功率。这些电流测量值的比较在检测缺陷PV串时也很有用。大量的家用低功耗光伏系统也可以采用电流传感器来控制MPPT，提高逆变器效率。MPPT和逆变器控制都需要精确的电流传感。
一次革命霍尔效应电流传感
这些行业领先的Allegro电流传感器IC的功能和优势包括：
- 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
- 传感器IC增益的精确工厂编程和偏移
- 信号处理和封装设计创新使超过120 kHz的输出带宽和快速输出响应时间大
- 专有，占地面积小传感器IC封装，电气隔离
- 降低功率损耗：符合孔的通孔和低电阻综合导体包
通过采用先进的BiCMOS工艺技术和创新的封装技术，即使在高带宽下，也可以提供具有更高精度和分辨率的完全集成解决方案。图2显示了Allegro Hall电流传感器线性集成电路输出峰值噪声和带宽的演变。噪音水平降低了10倍，而带宽则增加了一倍多。
逆变器传感
逆变器包括三个主要部分：一个DC至DC转换器，其放大从太阳能电池板由电网所需的高电压的电压;一个DC-AC逆变器，其将所述直流电流到电网的AC正弦曲线形状;及各种电气控制部件，控制系统和优化效率，同时确保遵守的电力法规和安全标准的要求。
高效率的DC-AC逆变器，生成用于直接连接到交流电网的交流电流信号。其结果是，信号必须符合该实用程序的系统要求。它必须被同步到电网，并且具有较低的总谐波失真（THD）。在这里需要电流传感器的控制回路，以确保电网正确连接。他们必须精确地测量交流和直流电流，并具有较高的动态性能。非常快的响应时间需要快速反应以网格中的任何变化和切断或损坏发生之前断开系统。高输出带宽特征使系统能够测量高频AC电流和谐波。
对于没有变压器或具有高频变压器的逆变器，低失调温度漂移（高精度）传感器使得有可能控制在供给到电网的交流电流的直流分量。条例从国家而异，此DC电流限制，但通常是小的
订购几十到几百毫安。此外，故障的功能，例如短路保护和过载保护很容易让电流传感器来检测这些条件，并迅速报告给微控制器。
先进的霍尔电流传感器IC解决方案
常规霍尔效应传感器的一个缺点，在电流传感应用中使用时，已经在零安培的输出电压和霍尔放大器灵敏度的精度的一般限制，在温度的变化以及所述输出信号的带宽和输出噪声。雷竞技最新网址雷竞技竞猜下载快板微系统公司开发了一系列创新的，完全集成的电流传感器非常适合，大大提高了基于霍尔电流传感器IC的偏移，灵敏度和带宽操作逆变器应用软件包。雷竞技最新网址在每个传感器封装中，IC本身是最重要的组成部分，并且包含被耦合到低偏移，高精度放大器精密霍尔效应元件。
BICMOS工艺允许具有数字电路的精确放大器设计，用于出厂编程增益和偏移温度。Hall元件和放大器都是加强的，以提高精度和偏移漂移性能。Allegro开发了专有的斩波稳定和过滤技术，导致业界领先的展台，低噪声性能，如图2所示。模拟输出响应时间小于4μs允许更高频率的开关逆变器的感测。在在较雷竞技最新网址低频率下工作的应用中，可以进一步过滤输出以降低输出上的噪声并提高分辨率。Allegro Hall电流传感器的输出分辨率通过这些改进的放大器和过滤技术彻底改变。
图3展示了一种独特有效的霍尔效应电流传感器集成电路的专利封装技术，它提供了一个小的形状因子，在空间有限的地方特别有用。被测电流流过封装左下角的四个引脚和封装右下角的四个引脚之间的导电铜通道。霍尔效应IC采用标准倒装芯片组装技术组装到封装中。三大优势结果:
- 霍尔效应传感元件是在靠近载流导体，从而最大化磁耦合和信号以改善设备精度的信噪比。
- 霍尔效应集成电路不与集成导体接触，从而保持电压隔离并使得工作电压高达需要对PV逆变器和DC至DC转换器的DC侧500 VRMS。焊料凸块附接到所述霍尔IC进行接触的低电压输入/输出焊盘
利用图3的上部示出的引线指示。 - 由于霍尔效应电流传感器的线性集成电路已完全集成，它允许快板到工厂程序装置，以补偿随温度零安培和灵敏度变化。
导体周围的'C'核心
图3中的框图显示了先进的功能可以集成到设备中以减少整体材料成本;例如，具有用户可编程跳点的<2μs响应的过电流故障输出。在过流情况下，快速数字故障输出可用于保护IGBT器件。内部导体电阻仅为1MΩ，并提供低功耗损耗，使封装能够在85°C环境温度下支撑最多40℃的连续电流。该设备采用模拟输出，Allegro部件号具有不同的敏感性，用于低功率逆变器。
快板CB封装电流传感器IC系列（图4）为用户提供了一个集成的电流传感解决方案，提供100μΩ的串联导体电阻用于超低功率损耗。这些电流传感器IC被设计用于感测电流从50到200埃，并且可以在高功率的PV逆变器使用。
在CB封装配置中，高精度高带宽线性霍尔IC放置在浓缩的铁磁芯的间隙中，该芯缠绕在主要导体周围。这些集成传感器提供大约450 VRMS的工作电压。
对于需要雷竞技最新网址感应200a以上电流的应用，如在HEV逆变器或大功率光伏系统中，设计师可以在一个简单的钢“C”核心集中器的间隙中使用Allegro系列电流传感器线性霍尔传感器ic，如图5所示。这些传感器配有模拟或数字PWM输出。
结论
雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems开发了一系列完全集成的霍尔效应电流传感器ic，可提供与应用电流成比例的高精度输出电压信号。先进的集成电路和封装技术使带宽提高到120 kHz以上，以及低噪声放大器设计，在整个工作温度范围内提高设备精度。专有的封装技术还提供具有电流隔离和Allegro工厂编程的小尺寸器件，用于稳定的零安培和超温满量程输出。这些进步使得设计工程师能够将基于霍尔效应的电流传感器集成电路应用于需要提高能源效率或新的操作功能的新应用中。雷竞技最新网址
参考
21世纪可再生能源政策网络- 2010年可再生能源全球现状报告-第15页
[2] IMS Research - 2010年年度报告的光伏逆变器
本文最初发表于2011年10月的智能电网论坛。