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測量50A以上電流：意瑞隔離集成式電流傳感器CH704

蓋世汽車童郜生 2022-04-19 20:26

在各類電機、電源和功率系統(tǒng)中，電流檢測是常見需求。而對于超過50A的電流檢測，要考慮的因素相對更多，如散熱、檢測方案的占板面積以及可能的隔離電壓需求等。傳統(tǒng)的shunt電阻加運放，可能熱損失較大且若是高邊檢測對運放共模范圍要求可能也高；如果有隔離需求，還要外加光耦器件等。而對于電流互感器來說，其體積較大并且易有磁飽和問題。

采用隔離集成的、內(nèi)置小型磁環(huán)的霍爾電流傳感器芯片可有效應對以上問題，為用戶帶來小型化、高精度、簡便設(shè)計的解決方案。

產(chǎn)品簡介

CH704系列產(chǎn)品是意瑞專為50A以上大電流檢測應用開發(fā)的隔離集成式電流傳感芯片，具有高精度、增強絕緣耐壓、高可靠性、低功耗等優(yōu)點。該芯片內(nèi)部集成一個精密的可編程線性霍爾芯片、一個小型聚磁環(huán)以及一個導通電阻為0.1m?的銅排，可實現(xiàn)+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A的電流檢測，并且通過工廠預編程可測量最大400A的浪涌電流。內(nèi)部的低偏移、斬波穩(wěn)定的線性霍爾芯片結(jié)合獨特的溫度補償電路設(shè)計，實現(xiàn)CH704全溫范圍（-40℃到150℃）內(nèi)良好的溫度一致性。出廠前芯片已做好靈敏度和靜態(tài)（零電流）輸出電壓的校準，全溫度范圍內(nèi)提供 ±1% 的典型高精度。

主要參數(shù)

? 介質(zhì)強度測試電壓：4800Vac

? 基礎(chǔ)隔離工作電壓：1187Vdc / 840Vac；加強絕緣工作電壓：672Vdc / 475Vac

? AEC-Q100 車規(guī)級芯片認證 (CH704A)

? 輸出電壓與電流成正比：+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A

? 可測量200Adc（85°C環(huán)境溫度）；可測量高達400A的浪涌電流

? 5V供電；帶寬180kHz；響應時間 < 2μs

? 內(nèi)部集成磁環(huán)有效抗雜散磁場干擾，剩磁 < 1mV

? 工作溫度范圍：-40°C 到150°C

應用場景

? 汽車電子：OBC，DC-DC，EPS電機等

? 工業(yè)控制：不間斷電源（UPS）、焊機/移動通信設(shè)備等電源供電

? 大功率電機：平衡車/獨輪車控制器、熱泵/制冰機等

? 能源：如過程控制、蓄電池檢測、能量測量等

應用舉例1 – 不間斷電源UPS

在UPS系統(tǒng)中，供給負載的所有電力都會經(jīng)過整流/充電器和逆變器的雙重轉(zhuǎn)換（即AC-DC-AC）。整流器對電池進行浮充電以保持電池處于滿充狀態(tài)。而當超限或市電停電時，UPS開啟電池放電工作，逆變器和電池不間斷地投入為負載供電。當UPS內(nèi)部故障或負載電流瞬變抑或人為停止逆變器時，負載可無間斷地切換到旁路交流輸入（啟動旁路運行）。

霍爾電流傳感器用于控制浮充電源，保證電池正常工作。CH704的響應速度快（<2us）和高帶寬（180kHz），在此類應用中優(yōu)勢明顯。

圖3： CH704在UPS不間斷電源系統(tǒng)中的應用

應用舉例2– 電機相電流檢測

電機的輸出扭矩控制是電機控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。以PMSM電機FOC控制算法為例，其輸出扭矩為以下公式。其中，紅色框出部分為電流傳感器采集的三相電流。傳感器的精度和延遲性會直接影響扭矩精度的計算。

針對不同功率的電機，其相電流的大小及過流檢測的閾值也不同。意瑞不同的電流傳感器產(chǎn)品可覆蓋5A至上千安培范圍（單芯片方案或搭載磁環(huán)方案）。針對50-200A（或瞬態(tài)電流至400A）的場合，CH704可做到全溫范圍內(nèi)1%的典型檢測精度，以及<2us的響應速度，可以滿足多種工況需求。

應用舉例3 – 汽車OBC， DCDC

汽車OBC和DCDC系統(tǒng)上的電流檢測需求與具體的OBC架構(gòu)及車型相關(guān)。1個典型的OBC（如圖6所示）由多個級聯(lián)級組成，包括功率因數(shù)校正PFC、DC-DC轉(zhuǎn)換器、次級整流、輔助電源、控制及驅(qū)動電路。PFC輸入端（AC）和OBC輸出端（DC）都需要電流傳感器芯片。目前流行的OBC功率等級是3.3kW、6.6kW、11kW和22kW；根據(jù)不同設(shè)計，可由單相或三相電源供電。以6.6kW單相220V/30A交流電源為例，考慮2.5-3倍的過流閾值，可采用CH704的+/-100A規(guī)格做PFC輸入端的檢測；在OBC輸出端，考慮高壓直流總線上百伏至800V之間，DC電流不大，可采用CH704的+/-50A規(guī)格實現(xiàn)。