通過有效的電流感應實現先進的汽車直流快速充電

對于要求苛刻的消費類電動汽車市場，基于最新寬帶隙半導體的快速直流充電系統正在成為首選方式。

在為電動汽車充電時，有幾種可用的方法。目前正在部署高速公路和城市充電站，但在家充電的能力是一個主要的市場趨勢。大多數個人乘用車會在夜間停放，這使得在家充電比在其他地方充電更容易且通常更便宜。

電動汽車 (EV) 的采用曲線不斷變好，因為先進的電力電子設備和轉換拓撲提高了 EV 的性能，解決了續航里程焦慮和電池壽命問題。這些改進的 EV 電源管理和電機控制電子設備主要歸功于下一代寬帶隙 (WBG) 半導體的出現，因為它們能夠創建高效的先進電源系統。

這些相同的 WBG 半導體也在各個層面為電動汽車充電行業注入活力（雙關語）。隨著消費者的擔憂從里程焦慮轉移到充電速度，基于 WBG 的充電系統現在正在市場上部署，以滿足快速家用電動汽車充電的需求。這些下一代電動汽車充電器在未來電動汽車的普及率和范圍內發揮著重要作用。

向前充電

最流行的基于 WBG 的壁式插頭充電器被稱為模式 3（2 級）系統，可提供高達 50 千瓦的功率，比基于傳統技術的早期 1 級系統能夠提供的輸出高得多?；谥绷鞯某潆娖?，也稱為 3 級或直流快速充電 (DCFC) 系統，可從 25 千瓦到 350 多千瓦運行，顯著縮短了自助服務終端和其他公共場所的充電時間。

在 15 分鐘內，一個 150 千瓦的直流充電器可以讓電動汽車行駛 200 公里，而且使用當今市場上最好的直流快速充電器，許多充電器可以在一個小時內充電 80%。家用直流快速充電系統正在成為不斷增長的電動交通基礎設施的重要組成部分。在開發面向消費者的資本貨物時，壽命和可靠性與購買決策中的成本效益相競爭。

為經濟有效地提高電源轉換系統的效率、安全性和性能所能做的一切只能提高接受度。電源轉換系統的三個方面涉及測量電流、確保嚴格的功率因數校正、頻率管理和解決熱問題。每個都相互影響以影響系統的整體性能。

WBG 類型

WBG 半導體目前有兩種類型，氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC)。每個都有其獨特的優勢，但兩者都創造了比基于硅的傳統晶體管性能明顯更好的設備。有趣的是，GaN 非常適合中低功率應用，而 SiC 則適用于非常高的電壓和功率水平。

GaN 是一種壓電半導體，可實現極高的效率和開關頻率，不僅可以實現更好的性能，而且由于能夠減小所涉及的無源元件的尺寸，還可以減少解決方案的占用空間。碳化硅可以在更高的溫度下更有效地運行，同時管理足夠高的電壓以應對最苛刻的電動汽車系統。

在最新的家用和公共 EV 充電器中，GaN 更多地用于控制電子設備，而 SiC 則更多地用于功率轉換階段。這種劃分在中值功率水平上是模糊的，因為 GaN 和 SiC 都可以解決數百伏特和數十安培的應用。這導致了升級板上所有相關組件以解決系統附加功能的壓力。

現在發生的事

在基于 WBG 的先進電力系統中，準確、快速和智能的電流測量至關重要。除了確定功率輸出外，正確的電流測量還有助于管理熱性能，因為不良的熱管理具有破壞性且成本高昂。正確完成高級電流測量可以顯著提高基于 WBG 的高級電源電路的性能、安全性和成本效益。

大多數下一代充電器都在其性能包絡的邊緣驅動，高級電流測量提供早期故障檢測和實時性能信息等?；?WBG 的電源系統需要指示超出范圍的電流狀況、過電流狀況或其他性能損失，以預測和解決潛在的熱問題。

電力電子設備的性能以及由此產生的系統熱問題的危險范圍從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統支持能力的負載條件下運行。先進充電系統中的電流傳感器部署在每個轉換器電路中，以執行反饋控制回路功能的初始部分，該功能調節逆變器中電力系統的性能、效率和熱線性，尤其是基于 WBG 半導體的系統。

對于這些電源系統中的電流感應，集成感應解決方案是唯一真正的解決方案，因為它不僅提供所需的性能，而且與使用運算放大器和比較器的板組裝解決方案相比，顯著節省了占地面積。非集成實施的規模將根據所選的實際組件而有所不同，但它會比單一封裝解決方案大。如果我們對這種類型的設備使用傳統的組件封裝尺寸，大約 2~3 毫米，這會導致解決方案占位面積達數十毫米。

過流檢測

根據定義，電流測量是防止電子系統損壞的過流和欠流保護的一個關鍵方面。在基于 WBG 的電力系統的速度、功率水平和永遠在線方面，傳統保險絲在任何方面都不再適用于這些先進的電力產品，除非是為了防止災難性故障。WBG 電源系統的更高開關速度和功率水平要求對高級 EV 充電器的每個關鍵方面進行實時監控。

除了在過流情況下切斷電源之外，使用保險絲進行保護并不會為您提供有關電源系統實際性能的任何信息。使用電流傳感器，可以針對任何給定應用優化過流檢測響應。整個系統的電路保護和安全性至關重要，像 Aceinna 的電流檢測解決方案非常適合過流檢測，因為它們具有非?？斓捻憫痛箅娏鳒y量范圍。由于隔離，它們可用于電路的高端和低端。

與分流加隔離放大器解決方案相比，隔離、amr 傳感器和溫度校正等方面的集成降低了客戶設計的復雜性。此外，通過在高側使用 Aceinna 電流傳感器等設備，可以檢測相電流的接地故障（可能由于接線錯誤、老化等），從而保護整個系統。

電流傳感器

電能質量對于高效運行至關重要，尤其是在這些先進的 WBG EV 充電器中，功率因數是其中的重要組成部分。有功功率與視在功率之比（例如低于 95% 的不良功率因數）會導致做同樣的工作需要更多的電流。功率因數校正 (PFC)提高了該比率和電能質量，降低了電網壓力，提高了設備??能效，并降低了電力成本，同時降低了系統故障的不穩定性和風險。

產生與負載（例如靠近負載的電池充電器）吸收的能量相反的無功能量，可提高功率因數，并在負載點以所需的實時水平進行理想的補償。在低壓側的 PFC 設備上使用電流傳感器可提高可用功率。

說到諧波失真，AC/DC逆變器前端需要PFC，而且大多數時候需要AC/DC前端模塊的原副邊隔離，Aceinna的電流傳感器不僅簡化了整體系統設計，但降低了實施成本。

開關頻率

電源電路中的開關頻率在基于 WBG 的電源系統中顯著提高，尤其是基于 GaN 的電源系統，要求磁性器件和無源器件具有更高的性能。先進的電流感應解決了對系統中更好組件的需求。此外，提高穩壓器頻率可降低電源電路的尺寸和電路板占位面積要求。然而，隨著頻率的增加，開關損耗也會增加，主要是由于開啟期間的高端損耗以及體二極管傳導損耗。

需要在高級 WBG 快速開關電路中進行電流測量，以實時跟蹤電流以盡可能提高效率。人工智能和機器學習還需要智能電流測量，以創建控制算法以獲得更好的性能。由于其高相位裕度，Aceinna 的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統效率，同時簡化了電流控制設計。

向前行駛

用于加速電動汽車采用和市場可行性的快速充電系統市場需要基于最新 WBG 設備和電路拓撲的先進、高效和具有成本效益的充電解決方案。使用最新的電力系統進行家庭快速充電是 EV 補充的更優選形式之一，使用先進的電流感應來優化此類基于 WBG 的系統將確保產品在 EV 充電市場上取得成功。


審核編輯：劉清