在任何電氣系統(tǒng)中，電流都是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。電動(dòng)汽車(chē) (EV) 充電系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)都需要檢測(cè)電流的大小，以便控制和監(jiān)測(cè)功率轉(zhuǎn)換、充電和放電。電流傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)分流電阻器上的壓降或?qū)w中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量電流。

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 控制方案使用電流信息來(lái)控制光伏逆變器操作，或者檢測(cè)交流輸出或輸出上的電流，以保護(hù)元件免受過(guò)流或故障事件的影響。電流傳感器有多種不同類(lèi)型可供選擇，每種技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于特定的應(yīng)用，最適合的電流傳感器類(lèi)型取決于多個(gè)因素，包括系統(tǒng)的功率等級(jí)、預(yù)期的精度和成本。本文將探討何種器件適合在電動(dòng)汽車(chē)充電器和光伏逆變器中檢測(cè)電流。

電動(dòng)汽車(chē)充電器中的電流檢測(cè)

在電動(dòng)汽車(chē)充電器中，電流傳感器用于測(cè)量輸入交流電源、直流/直流轉(zhuǎn)換器和輸出電源等位置的電流，以確認(rèn)充電器是否正確地將交流電輸送到電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器系統(tǒng)，或者將直流電直接輸送到電池。如今，400V 電池正在朝著 800V 甚至更高電壓的方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更大功率和快速充電。

在 1 級(jí)和 2 級(jí)充電器中，充電器將交流電輸送到電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器，車(chē)載充電器又會(huì)將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為更合適的電壓和電流電平，以便為電動(dòng)汽車(chē)電池充電。在家用 1 級(jí)和 2 級(jí)充電器中，電流檢測(cè)通常不需要非常高的精度，因?yàn)闆](méi)有對(duì)用戶(hù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)。不過(guò)，電流信息使用戶(hù)可以通過(guò)應(yīng)用或充電器上的用戶(hù)界面來(lái)大致了解電流和功耗情況。圖 1 展示了停車(chē)場(chǎng)中的兩個(gè) 2 級(jí)電動(dòng)汽車(chē)充電器和兩輛正在充電的電動(dòng)汽車(chē)。

圖 1：電動(dòng)汽車(chē)充電器

在 3 級(jí)電動(dòng)汽車(chē)充電器中，充電基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以便直接向電池快速輸送直流電，從而繞過(guò)傳統(tǒng)的車(chē)載充電器并在充電站實(shí)現(xiàn)超快速電動(dòng)汽車(chē)充電。電動(dòng)汽車(chē)充電器和電池的功率容量提升有助于滿(mǎn)足快速充電和增加續(xù)航里程的需求。電流檢測(cè)可以幫助控制充電過(guò)程，確保以最佳的方式安全地為電池充電，從而延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)和電池系統(tǒng)的使用壽命。

在 3 級(jí)充電器中，開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率為 50kHz 至 100kHz，因此需要至少 250kHz 的電流傳感器，才能獲得適當(dāng)?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)。另外，傳播延遲也非常重要，因?yàn)殡娏鱾鞲衅餍枰軌蛟谛盘?hào)切換時(shí)迅速地響應(yīng)變化。德州儀器 (TI) 的 TMCS1123 等器件未經(jīng)校準(zhǔn)時(shí)，整個(gè)溫度和壽命范圍內(nèi)的最大誤差為 ±1.75%，經(jīng)過(guò)單點(diǎn)校準(zhǔn)后，整個(gè)溫度和壽命范圍內(nèi)的誤差降至 ±1.00%。

由于 TMCS1123 在電流信息方面具有高精度和高速度，這些精度和速度規(guī)格使系統(tǒng)工程師能夠從隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器中去除直流阻斷電容器，從而幫助系統(tǒng)工程師在設(shè)計(jì) 3 級(jí)充電器時(shí)節(jié)省成本。

光伏逆變器中的電流檢測(cè)

在光伏逆變器系統(tǒng)中，電流傳感器用于測(cè)量多種配置中的電流，例如逆變器的交流和直流輸入、直流/直流升壓、直流/直流轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)輸出，從而幫助監(jiān)測(cè)和控制功率轉(zhuǎn)換過(guò)程。住宅光伏逆變器中會(huì)對(duì)各個(gè)電源軌進(jìn)行電流檢測(cè)，其中電源軌的電壓電平可能高達(dá) 1,000VDC，但光伏輸入端的電壓通常約為 500V 至 600VDC，而電網(wǎng)輸入和輸出則高達(dá) 400VAC。電流檢測(cè)功能可以幫助優(yōu)化光伏逆變器系統(tǒng)，確保電網(wǎng)輸出上輸送的功率水平和頻率可靠且適當(dāng)，使得所有負(fù)載都處于其安全工作區(qū) (SOA) 內(nèi)。

光伏逆變器中的開(kāi)關(guān)信號(hào)與電動(dòng)汽車(chē)充電器中的開(kāi)關(guān)信號(hào)相似，頻率介于 50kHz 至 100kHz 之間。此外，還可以將電流傳感器用于診斷目的，例如監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板是否存在可能表明連接松動(dòng)或電池板損壞的故障。TMCS1123 提供 ±1,100VDC 的增強(qiáng)型工作電壓，非常適合用于大多數(shù)串式逆變器。圖 2 展示了幾個(gè)單相串式逆變器中使用的電流和電壓檢測(cè)示例并以紅框標(biāo)出了相應(yīng)電路部分。

圖 2：光伏逆變器中典型逆變器的方框圖

電流檢測(cè)設(shè)計(jì)考慮因素

下面我們來(lái)了解為電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)選擇電流傳感器時(shí)的一些主要考慮因素：