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- 低成本電流檢測(cè)的進(jìn)展
- 來源：賽思維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/11/29
本文重點(diǎn)介紹了 Pewatron 在測(cè)量普遍使用的三相電機(jī)的牽引電流方面降低成本的機(jī)會(huì)。
在大多數(shù)行業(yè)中，不斷有降低成本的壓力。對(duì)于汽車環(huán)境尤其如此。環(huán)境壓力意味著混合動(dòng)力或純電動(dòng)汽車的銷量將不斷增加。更高的產(chǎn)量意味著在傳動(dòng)系統(tǒng)的所有領(lǐng)域都有相當(dāng)大的設(shè)計(jì)改進(jìn)。
本文重點(diǎn)介紹測(cè)量普遍使用的三相電機(jī)牽引電流時(shí)降低成本的機(jī)會(huì)。電流通常高達(dá) 2000A 的峰值，電池電壓高達(dá)兩三百伏。相電流測(cè)量是變速驅(qū)動(dòng)算法的重要組成部分。為了優(yōu)化效率，需要測(cè)量相電壓、電流和相角。此外，還需要測(cè)量電流以防止過載和檢查系統(tǒng)故障。簡(jiǎn)單來說，對(duì)于三相電機(jī)，只需要兩個(gè)電流傳感器，因?yàn)榈谌嗟碾娏骺梢詮钠渌麅上嗟目偤椭械贸觥Ｈ欢�，�?dāng)考慮到系統(tǒng)的安全性和可靠性時(shí)，最好使用三個(gè)電流傳感器，這樣可以進(jìn)行系統(tǒng)交叉檢查。
出于多種原因，測(cè)量實(shí)際相電流而不是嘗試從橋臂電流中推導(dǎo)出它是有益的。不需要很高的精度。電機(jī)不是精密設(shè)備，因此幾個(gè)百分比的誤差對(duì)系統(tǒng)效率、驅(qū)動(dòng)平滑度或噪聲影響不大。另一方面，確實(shí)需要在所有速度和負(fù)載范圍以及四個(gè)操作象限內(nèi)保持準(zhǔn)確性。
傳統(tǒng)方法
這種方法使用三個(gè)獨(dú)立的電流傳感器，它們?cè)谒璧碾娏骱蜏囟确秶鷥?nèi)具有必要的精度。它們可能還需要大于約 30kHz 的頻率響應(yīng)來“觀察”PWM 振蕩并快速響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。
圖 1：傳統(tǒng)的 3 相電流檢測(cè) – 100%
這些傳感器可能是帶有磁芯的開環(huán)霍爾器件。它們應(yīng)該對(duì)感應(yīng)孔內(nèi)的導(dǎo)體位置有合理的容忍度。3 個(gè)傳感器的價(jià)格約為 120-150 美元。
無芯電流傳感器 用于牽引環(huán)境的下一代傳感器將是無芯的。磁場(chǎng)傳感器陣列位于代替磁芯的孔周圍。這減小了尺寸和重量。（尺寸和重量是電動(dòng)汽車的重要品質(zhì)。）
圖 2：無芯 3 相電流感應(yīng) - ~ 66%
通常，無芯傳感器具有出色的線性度，因?yàn)闆]有芯飽和效應(yīng)。此外，它們的頻率響應(yīng)可以超過 100kHz。
三相傳感器
下一個(gè)降低成本的進(jìn)程是使用三相傳感器。對(duì)于 coreless，這尤其有吸引力。它還節(jié)省了 2 個(gè)連接器，因?yàn)橹恍枰粋�(gè) 3 相連接器。傳感器可以布置在單個(gè) PCB 上。如果環(huán)境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護(hù)。可能需要靜電屏蔽以提高信噪比。
通常，無芯傳感器具有出色的線性度，因?yàn)闆]有芯飽和效應(yīng)。此外，它們的頻率響應(yīng)可以超過 100kHz。三相傳感器 下一個(gè)降低成本的進(jìn)程是使用三相傳感器。對(duì)于 coreless，這尤其有吸引力。它還節(jié)省了 2 個(gè)連接器，因?yàn)橹恍枰粋�(gè) 3 相連接器。傳感器可以布置在單個(gè) PCB 上。如果環(huán)境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護(hù)�？赡苄枰o電屏蔽以提高信噪比。
圖 3：帶屏蔽的三相無芯 PCB ~ 20%
現(xiàn)在成本下降到不到三分之一。組件可以非常緊湊——也許完全集成到速度控制器中。
降低成本的三相傳感器
磁場(chǎng)傳感器陣列背后的原因是提供對(duì)雜散外部磁場(chǎng)的良好免疫力。它還使傳感器在很大程度上不受導(dǎo)體位置的影響�，F(xiàn)在，如果導(dǎo)體位置是固定的，并且除了電機(jī)饋電之外沒有其他附近的導(dǎo)體，則可能不再需要傳感器陣列。每個(gè)相的單個(gè)磁場(chǎng)傳感器可能就足夠了。相位之間會(huì)有串?dāng)_，但這是系統(tǒng)性的，因此可以用合適的算法進(jìn)行補(bǔ)償。
圖 4：帶屏蔽和補(bǔ)償?shù)娜酂o芯 PCB ~ 15%
此選項(xiàng)可以進(jìn)一步降低成本。此選項(xiàng)的缺點(diǎn)是可能需要相當(dāng)復(fù)雜的校準(zhǔn)過程。然而，一旦算法完全開發(fā)出來，校準(zhǔn)過程將完全自動(dòng)化。最終結(jié)果是與電流感測(cè)相關(guān)的硬件變得微不足道。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
像許多簡(jiǎn)單的系統(tǒng)一樣，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)以確保必要的性能。Raztec 擁有多年的電流傳感設(shè)計(jì)技能，他們的設(shè)計(jì)合作伙伴 Pewatron 擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，是為特定應(yīng)用提供咨詢的絕佳位置。供應(yīng)合作伙伴提供范圍廣泛的磁場(chǎng)傳感器可供選擇，并且熟悉汽車行業(yè)或其他類似應(yīng)用領(lǐng)域所需的關(guān)鍵供應(yīng)方面。因此，客戶特定的解決方案非常受歡迎，工程師越早參與，解決方案就越能滿足需求。
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