如何推动电气化发展的四大电流检测设计趋势

如果电流检测技术不可靠、不准确、难以设计，那么在太阳能电池阵列和电动汽车中(EV)在充电站或机器人领域，几乎不可能实现熟悉的创新。AD7863ARS-3电流传感器有助于提高电动汽车充电器的系统效率，并且可以在整个系统的多个位置使用。

在描述世界日益电气化的所有流行语中，有一个非常明亮的词:电流检测。如果电流检测技术不可靠、不准确、难以设计，那么在太阳能电池阵列和电动汽车中(EV)在充电站或机器人领域，几乎不可能实现熟悉的创新。

本文将介绍电气化应用发展带来的四大设计趋势，以及电流检测技术，用于提高系统电压，增强系统保护，实现遥测监测，减少外观尺寸。一般来说，电流传感器监测电气系统的一个重要参数，即电流，可以使系统在安全范围内尽可能高效地运行。

更高的系统电压由电流检测支持

随着对效率的要求越来越严格，系统电压也越来越高，这有助于提高效率。根据欧姆定律，在较高的系统电压下，可以通过降低负载的电流来获得相同的功率，这有助于减少系统中的I2R损耗。由于电流范围较小，交流/DC或DC/DC功率转换器等级产生的热量较少，因此系统可以更高效地传输大功率。

电动汽车充电器正从电网中断电源，其电压电平可能为 120VAC、240VAC、230VAC（单相）或 400VAC（三相）。典型的电动汽车充电器将电网的交流电输送到电动汽车的车载充电器，后者将交流电转换成DC电源，并给电池充电。

在DC快速充电器中，交流电从电网传输到电动汽车充电器，在充电器中从交流转换为DC，并向电池提供高达920VDC的电压，从而加快充电速度。提高到更高的电压电平，保持类似的电流电平，可以直接向电池传输更多的功率，从而更快更高效地充电。

电流传感器有助于提高电动汽车充电器的系统效率，并且可以在整个系统的多个位置使用。这些传感器可以用来通过输入交流线来监控电流，从而调节进入系统前端的无功功率。另一方面，该配置可用于监控系统功率因数控制环路和第二DC/DC后的正节点或负节点的故障。

也可利用差分放大器的电流检测，在第一直流/DC和第二直流/DC之间的某一位置实现磁通平衡。此外，还需要使用AMCS1100 或 TMCS1100 等隔离式电流传感器，为系统和操作电动汽车充电器的人员提供保护。

增强系统保护

电气化还提高了对系统保护的需求，从而保证系统能够快速响应安全工作区域外的事件，避免损坏半导体和其他敏感器件。在大多数系统中，某种形式的系统保护可以保证系统能够按照预期运行。例如，如果机器人拾取了一个极其沉重的物体，电机就会有明显的电流峰值。

电流峰值可能意味着负载超过机器人的能力范围，系统或物理机械臂中的设备可能会损坏。集成比较器的电流检测器会检测到峰值电流涌入电机，可能超过系统安全工作区域。集成过流比较器INA301可以快速响应(低于1μS）并且设置警报，这可能会导致系统停止。这类似于负载点测量，其中基于分流器的传感器可以通过特定节点监测电流和电压电平，从而保证节点保持在其安全工作区域。

实现遥测监测

伴随着应用电气化程度的提高，对监控的要求也更加严格，以跟踪能耗水平，提高预测性维护。

一个用于监测或远程监测预测维护的例子是记录机架服务器系统中冷却风扇的电流和电压电平。INA232等设备用于记录风扇的功耗。通过数据记录，系统可以向技术人员发出警报，表明风扇可能运行不稳定或使用寿命即将结束。

数字功率监测器是一种适用于此类用例的设备，因为它同时接收总线电压和电流信息。数字功率监测器IC通过板载计算来计算功率、电荷和能量，这些信息(以及总线电压和电流数据)通过I2C或串行外部接口传输。电影上的计算可以减少CPU或微控制器上的过程，因此处理资源可以用来更有效地处理其他任务。这对于拥有任务密集型CPU或微处理器的系统尤为重要。

减少外形尺寸

随着越来越多的应用程序包括越来越多的电子元器件，或者需要安装在更小的空间中，人们需要减少元器件的尺寸或增加每个单元的功能数量，以帮助减少整个电路板的面积。许多系统(如智能手机和机器人系统)受到尺寸的限制，需要不断缩小尺寸，增加功能数量。

较小的电流检测器件可以加强设计者对整个系统的监控，或者减小系统的整体尺寸。这两种情况都有一定的优势，这取决于整个系统的参数。减少集成电路(IC)每个单元的功能数量的大小或增加都会增加功能密度，从而实现强大的个人电子产品、车载充电器和小型合作机器人电机驱动系统。

使用超小型IC或功能丰富的芯片可以为实现更小的系统奠定基础。举例来说，Wafer-Chip Scale Package (WCSP) 等芯片封装选项或具有集成式分流器的 INA253 支持设计人员在不影响性能或功能的情况下缩减其系统的尺寸。

结语

通过对上述趋势有更好的了解，有助于实现这些趋势的IC，可以应对特定的高压设计挑战，通过监控电流测量值，保证系统在安全工作区域内运行，从而实现可靠性和安全性。

检测趋势四大系统保护负载运行

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