基於AMR的電流感測技術 為下一代電動車充電賦能
作者 : Maurizio Di Paolo Emilio
基於異向性磁阻(Anisotropic Magneto Resistance, AMR)電流感測技術的先進電源管理，對於未來的電動車和相關充電基礎設施至關重要。本文探討了基於AMR的電流感測技術，如何使電動車和相關充電基礎設施受益。
擴大和升級電動車(EV)和其他電動應用的充電基礎設施對於提高社會接受度至關重要。實施最強大、最有效的EV充電系統是解決續航焦慮和充電速度等問題的最佳方法。市場的機會正在增長，預計到2025年電動車充電設備將超過900萬台。
電流感測的作用
改良的AMR電流感測技術使我們家庭和營業場所的電力基礎設施能夠解決EV充電系統的可靠性和安全性問題。有效的電源管理可避免性能不佳和災難性故障等問題，這些問題會造成嚴重的火災風險和潛在的死亡事故。電流感測技術增強了系統功能並直接解決了可靠性和安全問題。其主要內容包括測量電流、確保精確的功率因數校正(PFC)、有效的頻率管理，以及解決有關提高任何特定電源轉換系統的效率、安全性和性能相關的熱問題。
為了預測和處理潛在的有害電源轉換問題，EV電池充電系統必須能夠管理超出範圍的電流情況，立即檢測過流情況或識別其他性能損失。問題可能包括意外的接地故障、短路、在極高功率水準下運行或超出電源電路容量的欠載情況。先進的電流測量是防止電子設備損壞的過流和欠流保護的重要組成部分，尤其是在EV充電系統的速度和強度下。
過去熔斷器的電路保護已不再足夠勝任。先進的電流檢測也提高了性能，同時保障了EV充電電路和任何連接到它的車輛電池免受惡意或無意的誤用。當採用磷酸鐵鋰(LFP)或鈦酸鋰(LTO)技術時，庫侖計數可用於確定電池的充電狀態(State of Charge, SoC)、健康狀態(State of Health, SoH)和功能狀態(State of Function, SoF)。
電路保護
使用ACEinna等AMR電流感測工具，任何過流檢測反應都可以表現得更好。此外，AMR電流感測器的固有隔離使其適用於電路的高側和低側，從而提高了性能和安全性。這些非接觸式電流感測器沒有功耗問題，可以提供更快的讀出時間，並使用主動反饋回路來校正偏移。這使得充電器可以修改增益參數並補償感測器偏移。
過流和欠流保護、智慧故障管理以及外力和輕微損壞等意外安全隱患都取決於快速和精確的電流檢測。由於它們的密切關係，電源管理等同於熱管理。
電動車中的電流感測
對於交流電的EV充電系統，功率轉換器的接受率控制著充電速度，由於需要對交流電進行整流，充電速度會降低。直流充電器完全避免了轉換器，加速了充電過程。現代電源轉換系統可以解決熱量問題，提供精確的功率因數校正，並通過改進電流感測來增強頻率管理。通過電流測量控制系統的熱性能，可以避免系統損壞，無論其原因是接地故障、短路事故還是高負載條件。
與簡單的運算放大器和比較器實現相比，Aceinna電流感測解決方案的整合封裝節省了空間。單個整合元器件始終比由多個分立器件組裝而成的設備小。
功率因數校正可提高功率因數比，降低電網壓力，提高能源效率並降低電價。電源品質(圖1)是優化充電的重要組成部分。有效的低壓側電流檢測提高了電源可用性。除了比分流器更小之外，基於AMR的電流感測器也更有效，並且產生的熱量更少。此外，與基於霍爾感測器的系統相比，AMR晶片具有更大的工作頻寬和更高的取樣速率。
圖1：改善EV充電電源質量的品質，降低電網壓力並提升了能源效率。
AMR感測器的優勢
AMR感測器利用電流流過導線時產生的磁場來測量與其感測方向平行的磁場強度。放置在AMR材料上的U形導體是感測器測量磁場的手段。當導體攜帶相關電流時，磁場會圍繞著它。
AMR感測器在距其對稱軸相同距離的相對的載流導體上面。輸出信號由平行於AMR感測器感測方向的磁場強度決定。該測量值被感測器轉換為電壓輸出。
一種稱為坡莫合金的鎳鐵合金具有在磁場中按比例變化的電阻，而無需接觸產生它正在監測的磁場的電路。因此，就像變壓器一樣，AMR晶片也是電氣隔離的。它們還可以加快讀取速度，同時通過主動反饋回路主動補償感測器偏移，從而允許電路修改增益參數。
結論
為了對電力電子設備提供必要的回饋，大功率EV快速充電應用需要改進電流測量。目前有各種精確的電流感測方法，而每種方法都各有優缺點。性能、可靠性和安全性都是基於AMR的電流感測解決方案所提供的好處。它們還有助於電路保護、降低成本、縮小外形尺寸和應對關鍵電路設計挑戰。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：AMR-based current sensing empowers next-gen EV charging，by Maurizio Di Paolo Emilio)
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