ZHCABS8B September 2022 – February 2026 AM2631 , AM2631-Q1 , AM2632 , AM2632-Q1 , AM2634 , AM2634-Q1 , UCC14130-Q1 , UCC14131-Q1 , UCC14140-Q1 , UCC14141-Q1 , UCC14240-Q1 , UCC14241-Q1 , UCC14340-Q1 , UCC14341-Q1 , UCC15240-Q1 , UCC15241-Q1 , UCC5870-Q1 , UCC5871-Q1 , UCC5880-Q1 , UCC5881-Q1
10.1 隔離式電流檢測
霍爾效應(yīng)電流檢測的工作原理是感應(yīng)通過導(dǎo)線或母線排的電流所輻射出的磁場。這個磁場在傳感器中感應(yīng)產(chǎn)生一個霍爾電壓，然后可將該電壓用于計算通過導(dǎo)線的初始電流。這種方法不接觸各導(dǎo)線，高電流也不會流經(jīng)傳感器，但該方法容易受到雜散磁場的影響。
為了改進(jìn)測量，大多數(shù)霍爾效應(yīng)傳感器都采用所謂的 C 型磁芯結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)為環(huán)形鐵磁體，用于引導(dǎo)傳感器上的磁場。這種方法較為可靠且不易受位移誤差的影響，但 C 型磁芯需要占用大量空間，可能會增加整個系統(tǒng)的 BOM 成本和重量。因此，設(shè)計人員也在評估其他電流檢測方法，但所有這些方法都需向系統(tǒng)增加屏蔽層或改裝母線排。
TI 的 TMCS2100-Q1 霍爾效應(yīng)傳感器完全避免了增加 C 型磁芯或進(jìn)行任何其他重大改裝，從而提供多傳感器無芯設(shè)計。TMCS2100-Q1 器件是一款可編程、精密、無芯霍爾效應(yīng)電流傳感器，憑借可配置的過流檢測，可檢測 1A 至 >1kA+ 峰值的超高電流。該器件支持任何母線排機械配置，完全無需定制母線排設(shè)計，如開槽和屏蔽層。請參閱圖 10-1。
圖 10-1 TMCS2100-Q1 物理配置母線排間距可低至 5mm，同時減輕串?dāng)_影響。1mm 時的位移誤差保持在 3.7%，同時在不同的壽命參數(shù)下實現(xiàn)出色的精度。通過比較牽引逆變器中基于霍爾效應(yīng)的主要電流檢測設(shè)計，凸顯了多傳感器無芯設(shè)計的優(yōu)勢。
| 關(guān)鍵系統(tǒng)需求 | C 型磁芯 | U 型屏蔽層 | 差分無芯 | TMCS2100-Q1 多傳感器無芯 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 制造難度 | 購買或自制 | 尺寸或母線排改裝 | 母線排改裝 | 僅限 IC | |
| 相間串?dāng)_抑制 | 采用磁芯設(shè)計時 <1% | 采用屏蔽層時 <1% | 采用間距為 2.6mm 的傳感器時 >1.8% | 客戶校準(zhǔn)后 <1% | |
| 雜散磁場抑制 | 磁芯設(shè)計 | 屏蔽層 | 差分 | 差分 | |
| 位移誤差 | 不適用 | 1mm → 約 3.5% | 1mm → 42% | 1mm → 3.7% | |
| 相位延遲（1kHz 時） | <4° | <3° | >4° | <2° | |
| 每相 IC 功率 | 25+mA | 10mA-15mA | 16-25mA | 50mA | |
| 精度 | 過熱 | 3% + 磁芯 | 2% | 4% | 1% |
| 線性度 | 3% | 1% | 1% | 0.1% | |
| 整個頻率范圍 | 3% + 磁芯 | <5% | >5% | 1% | |
| 整個壽命周期 | >5% | >7.5% | >3% | 1% | |
| 高度（母線排以上） | 15mm | > 14mm | <2mm | > 3mm | |
| 系統(tǒng)復(fù)雜度 | IC + 磁芯 + 外殼 + 夾具 | IC + 屏蔽層 + 母線排改裝 + 夾具 | IC + 母線排改裝 + 夾具 | IC + 夾具 | |
TI 還提供常規(guī)的霍爾效應(yīng)電流傳感器，例如 TMCS1123-Q1 或 TMCS1126-Q1 器件。這些傳感器在 5kV 增強型隔離電壓和 1100V 增強型工作電壓條件下具有環(huán)境磁場抑制和可配置過流保護(hù)特性。由于額定電流限制，TI 建議在 EESM 電機系統(tǒng)的勵磁電路中使用 TMCS1123-Q1 和 TMCS1126-Q1 器件。
盡管在三相輸出的所有相位均進(jìn)行電流檢測是常規(guī)做法，但另一種方案是僅檢測三個相位中的兩個相位，并根據(jù)三個電流之和為零來重新計算第三個相位的值。但是，由于牽引逆變器是電動汽車動力總成的一部分，且這些動力總成對確保安全至關(guān)重要，因此該方案會增加設(shè)計風(fēng)險。