今天，我們看到向綠色能源的過渡加速，這轉(zhuǎn)化為交通系統(tǒng)的逐步電氣化，以及隨之而來的道路上電動(dòng)汽車數(shù)量的增長(zhǎng)。電動(dòng)汽車能否成功取決于兩個(gè)關(guān)鍵因素，即減少電池方面的里程焦慮，并根據(jù)電池健康狀況和充電狀態(tài)以及逆變器在系統(tǒng)級(jí)別提供準(zhǔn)確的信息。這有助于降低成本，實(shí)現(xiàn)更高效的動(dòng)力總成設(shè)計(jì)。在這兩種用例中，精確的電流傳感器都發(fā)揮著重要作用。

電子行業(yè)也有一場(chǎng)競(jìng)賽，以降低任何組件的成本和占地面積，包括電流傳感器。對(duì)更小、更便宜的傳感器的需求加速了碳化硅功率模塊的采用，因?yàn)樗鼈兡軌驊?yīng)對(duì)更高的電壓水平和功率密度，從而實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)效率。

LEM 的電流感應(yīng)解決方案

LEM 是一家成立于 50 年前、總部位于日內(nèi)瓦的公司，一直涉足電流傳感業(yè)務(wù)，一直在開發(fā)其專有技術(shù)。LEM 集成了全方位的活動(dòng)，包括設(shè)計(jì)、測(cè)試和制造。

LEM 全球產(chǎn)品管理副總裁 Bastien Musy 說：“可以公平地說，今天，LEM 是電流傳感領(lǐng)域唯一的純玩家。” “許多公司生產(chǎn)當(dāng)前的傳感器，但它們通常是大公司的一部分。”

LEM 提供的傳感器范圍從非常小的電流水平到數(shù)千安培，涵蓋范圍非常廣泛的應(yīng)用，包括工業(yè)和汽車驅(qū)動(dòng)器、用于充電基礎(chǔ)設(shè)施的傳感器和直流電表、用于醫(yī)療應(yīng)用和測(cè)試臺(tái)的高精度設(shè)備、汽車電池管理系統(tǒng)等等。

電流傳感器廣泛用于逆變器應(yīng)用，通常采用開環(huán)測(cè)量技術(shù)。由于需要鐵氧體磁芯，因此在減小器件的占位面積方面存在潛在限制。LEM 新推出的電流傳感器 HOB-P 是一個(gè)很好的例子，它說明了如何減小鐵氧體磁芯的尺寸，同時(shí)保持客戶應(yīng)用所需的相同性能水平。HOB-P 具有混合架構(gòu)，因?yàn)樗ㄒ粋€(gè)有源組件（帶有鐵氧體屏蔽的 ASIC）和一個(gè)無源組件，它是一個(gè)集成在 PCB 上的拾波線圈（參見圖 1）。

這種混合解決方案背后的主要思想是通過拾取線圈提高頻率——在這種情況下，高于 1 MHz。如果我們只有鐵氧體，我們將無法將頻率提高到如此高的水平。在這種特定情況下，提高頻率的原因基本上是為了實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)頻率，在逆變器設(shè)計(jì)中利用基于 SiC 的功率器件特性。

“我們正在努力解決開環(huán)架構(gòu)的局限性，而 HOB 就是我們?nèi)绾螌⑽覀兊膶I(yè)知識(shí)應(yīng)用于創(chuàng)新產(chǎn)品的一個(gè)例子，”Musy 說。

圖 1：HOB-P，一種混合換能器（來源：LEM）

鐵氧體的尺寸顯然是測(cè)量電流水平的函數(shù)。在這種情況下，HOB-P是一種傳感器，標(biāo)稱測(cè)量值高達(dá)150 a，最大測(cè)量值高達(dá)250 a。響應(yīng)時(shí)間很短，小于200 ns。在這里，我們討論的是一種開環(huán)技術(shù)，它本質(zhì)上比閉環(huán)技術(shù)提供更低的響應(yīng)時(shí)間。

碳化硅在逆變器中的廣泛應(yīng)用將導(dǎo)致工作電壓的增加。

穆西說：“我們看到汽車制造商正在逐步從400伏架構(gòu)轉(zhuǎn)向800伏架構(gòu)，以減少給定功率水平下的線束尺寸?！??！按送?，朝著更高工作電壓的方向發(fā)展使充電時(shí)間更快，因此我們正在升級(jí)我們的產(chǎn)品組合。”

快速充電需要直流計(jì)量，這是相對(duì)較新的東西。在這里，LEM開發(fā)了一種直流電表，可向充電站提供準(zhǔn)確的信息，并允許向最終消費(fèi)者計(jì)費(fèi)。然而，測(cè)量直流電并不像測(cè)量交流電那么容易。由于一直到連接到電池的插頭都有功率損耗，因此必須校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備。必須校準(zhǔn)傳感單元，以補(bǔ)償所有這些特性以及連接長(zhǎng)度，以便向用戶提供最準(zhǔn)確的信息。

“我們正在創(chuàng)新的另一個(gè)領(lǐng)域是剩余電流監(jiān)測(cè)和剩余電流檢測(cè)，”穆西說?！笆Ｓ嚯娏鳈z測(cè)對(duì)于保護(hù)個(gè)人至關(guān)重要，LEM提供了一種在發(fā)生故障時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)的產(chǎn)品，即在電纜或車輛車載充電器中檢測(cè)到電流泄漏?！?/p>

太陽能是電流傳感器的另一個(gè)相關(guān)市場(chǎng)。在這里，LEM提供為太陽能應(yīng)用而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，如逆變器、變流器和剩余電流檢測(cè)器。

穆西說：“我們還參與了配電，我們正在提出監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)荷的解決方案，特別是在中低壓電站。”。

傳統(tǒng)上，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)基本上是朝一個(gè)方向發(fā)展，從生產(chǎn)商到分銷商，再到最終消費(fèi)者。如今，分布式能源在市場(chǎng)上越來越受歡迎，優(yōu)化了整個(gè)電網(wǎng)的輸入和輸出流量。電網(wǎng)必須應(yīng)對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施所需的高峰值功率。LEM也通過提供羅氏線圈傳感器在該市場(chǎng)上出現(xiàn)。

Rogowski線圈（見圖2）是一種靈活的分芯交流電流傳感器，插入配電盤的電纜中，使市政、公用事業(yè)或建筑管理公司能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)。該技術(shù)提供了極好的成本靈活性權(quán)衡，非常適合改裝現(xiàn)有裝置。

圖 2：LEM ARU 系列交流電流傳感器（來源：LEM）

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