在電動(dòng)汽車(EV)充電系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)中，電流傳感器通過監(jiān)測(cè)分流電阻器上的壓降或?qū)w中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來測(cè)量電流。這些高壓系統(tǒng)使用電流信息控制和監(jiān)測(cè)電源轉(zhuǎn)換、充電和放電。在之前雖然霍爾效應(yīng)電流傳感器已廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域，但在高壓系統(tǒng)中由于電氣和隔離衰減，霍爾效應(yīng)電流傳感器在其生命周期內(nèi)存在很大的漂移。

最近，德州儀器TI研發(fā)出了一種解決方案，可將霍爾效應(yīng)電流傳器TMCS1123在生命周期內(nèi)的靈敏度漂移誤差大幅降低至 ±0.5%，從而使工程師能夠設(shè)計(jì)出在整個(gè)系統(tǒng)生命周期內(nèi)需要更少校準(zhǔn)或維護(hù)的高壓系統(tǒng)。TMCS1123 還解決了霍爾效應(yīng)傳感器的一些其他常見限制，例如引線框電阻和芯片散熱限制，這些會(huì)限制器件能夠處理的電流大小。TMCS1123 能夠在 25°C 條件下檢測(cè) 75ARMS的電流，并在整個(gè)溫度范圍和生命周期內(nèi)，無需校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn) ±1.75% 的靈敏度誤差，因此能夠在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)保持高精度。

另外，TMCS1123 具有差分霍爾效應(yīng)感應(yīng)功能，能夠顯著減少磁場(chǎng)干擾或串?dāng)_，并且還提供了過流檢測(cè)、精密電壓基準(zhǔn)和傳感器報(bào)警等其他功能。

TMCS1123 方框圖

在最近的德州儀器可再生能源半導(dǎo)體技術(shù)峰會(huì)上，德州儀器王書彪先生對(duì)這款產(chǎn)品進(jìn)行了分享。具體來看，它的高可靠性電壓TDDB曲線，TMCS1123加強(qiáng)絕緣可以做到1100V工作電壓，基礎(chǔ)絕緣可以做到2000V。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可靠性。

產(chǎn)品的輸出帶寬以及高響應(yīng)特點(diǎn)方面，這個(gè)系列產(chǎn)品目前發(fā)布的是250k帶寬產(chǎn)品，未來全系列產(chǎn)品會(huì)做到1MHz?！拔覀儼?a target="_blank">信號(hào)的模擬帶寬提高到250kHz，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的控制環(huán)路從而提高系統(tǒng)效率。這樣對(duì)于大部分的數(shù)字電源或是逆變器系統(tǒng)，這個(gè)模擬帶寬可以給環(huán)路提供足夠的反應(yīng)速度?！痹陔S后的采訪中，德州儀器技術(shù)經(jīng)理付楊說道。

高響應(yīng)特點(diǎn)上，TMCS1123可以做到OC過流故障的輸出，ms級(jí)過流保護(hù)，能在高可靠性或者需要診斷的場(chǎng)景提供一個(gè)主動(dòng)的OC信號(hào)。OC的設(shè)置范圍目前發(fā)布的產(chǎn)品是±100A霍爾傳感器，過流點(diǎn)設(shè)置在2.5倍，也就是2.5倍乘100A即250A。也就是說，如果出現(xiàn)過流、短路和過壓這一類的特殊情況，對(duì)于信號(hào)或事件的反應(yīng)時(shí)間大約是微秒級(jí)，從而幫助達(dá)到更好的可靠性和穩(wěn)定性。另外，這一代產(chǎn)品比上一代產(chǎn)品做了差分霍爾結(jié)構(gòu)，包括霍爾的輸入和輸出調(diào)節(jié)都是用差分的結(jié)構(gòu)，解決干擾問題。

為何TMCS1123這款產(chǎn)品能夠解決漂移、散熱等問題，應(yīng)用于高壓系統(tǒng)呢。付楊表示，德州儀器在TMCS1123這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝上都有一些創(chuàng)新。事實(shí)上，TI在信號(hào)調(diào)理方面是比較擅長的，有很多傳統(tǒng)的電流采樣方案，比如一些基于采樣電阻分流器的電流采樣方案。我們把這樣的設(shè)計(jì)復(fù)用在霍爾效應(yīng)電流傳感器產(chǎn)品里，因?yàn)樗鼈兊暮蠖思夹g(shù)都是對(duì)于小信號(hào)的調(diào)理和放大，這其實(shí)也是TI在設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)。

另一方面，從工藝上來說，TI擁有自己的工藝技術(shù)，比如如何優(yōu)化外界環(huán)境磁場(chǎng)的干擾，以及如何在一個(gè)非常有限的封裝里面實(shí)現(xiàn)大電流的流通，同時(shí)又對(duì)熱管理進(jìn)行比較優(yōu)化的控制。這些方面都能幫助我們從工藝上提高產(chǎn)品的性能。

付楊說道，TMCS1123重點(diǎn)體現(xiàn)在壽命、溫漂，以及初始的采樣精度等特點(diǎn)，這些方面我們花了很大的精力，運(yùn)用不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行了提高。它的優(yōu)點(diǎn)在于使用非常簡(jiǎn)單，不需要使用分流器加芯片方案。一顆芯片既集成不需要隔離的器件，又不需要加上數(shù)字隔離器以及分流器，整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔。

就客戶端的應(yīng)用選擇來說，為系統(tǒng)選擇電流傳感器時(shí)需要考慮的要素，首先是精度，其次是功率等級(jí)，系統(tǒng)的電壓和電流水平必須在器件規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，以確保安全高效地運(yùn)行。為了靈敏地控制開關(guān)系統(tǒng)，例如太陽能系統(tǒng)中的隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器，還必須考慮帶寬和速度。設(shè)計(jì)復(fù)雜性也是需要考慮的一項(xiàng)重要因素?；魻栃?yīng)電流傳感器使用簡(jiǎn)單，無需額外的電源或元件，能夠在器件允許范圍內(nèi)的所有電壓電平條件下工作。付楊表示，借助 TMCS1123 等電流檢測(cè)器件，客戶可以在 EV 充電器等高壓應(yīng)用中精確地檢測(cè)電流，同時(shí)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并以更合理的價(jià)格迅速解決各種設(shè)計(jì)問題。目前在客戶端相對(duì)比較快的一些項(xiàng)目上得到了許多正面的反饋。