【導讀】隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為人們日常生活的一部分，對能夠雙向測量交流電和直流電的傳感器的需求也在增長(cháng)。它們要高效、準確、緊湊，并且使用靈活。一款全新電流傳感器可以滿(mǎn)足所有這些要求。
隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為人們日常生活的一部分，對能夠雙向測量交流電和直流電的傳感器的需求也在增長(cháng)。它們要高效、準確、緊湊，并且使用靈活。一款全新電流傳感器可以滿(mǎn)足所有這些要求。
越來(lái)越多的車(chē)輛應用從電池供電，特別是在具有電動(dòng)驅動(dòng)的車(chē)輛上。同時(shí)，車(chē)輛電池和消費電子裝置的功能也變得越來(lái)越強大，這導致了車(chē)輛電氣系統中出現更高的電壓和電流。為了應對更高的電壓，業(yè)界提出了其他標準和安全規定，例如與電氣系統的其他電壓層電隔離，以及更高成本的保護接觸。大電流導致電纜和任何存在歐姆電阻之組件的功率損耗更大。因此，電流測量需要使用能夠耗散高功率損耗的超低歐姆分流電阻。然而，它們相對較大，這意味著(zhù)較多的材料、重量和成本。
為了保護電池和車(chē)輛電氣系統的電氣線(xiàn)路不受過(guò)載影響，必須測量電流，因為如果線(xiàn)束著(zhù)火，可能很快就讓車(chē)輛變成廢品。這種保護功能過(guò)去是由保險絲來(lái)完成的。未來(lái)，在發(fā)生過(guò)流或短路的情況下，關(guān)閉電源將是半導體開(kāi)關(guān)的工作，前提是準確的電流測量；此外，若要通過(guò)牽引變頻器來(lái)控制驅動(dòng)運作，精準電流測量也是必需的。
用于電隔離的磁場(chǎng)傳感器
由于車(chē)輛中存在12V、48V和高壓等不同的電壓等級，對于這些電壓等級之間電隔離需求越來(lái)越多。特別是在大電流情況下，傳感器測量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并將其作為模擬信號傳輸，這樣具有很大的優(yōu)勢：與使用分流器的基于電阻的電流測量方法相比，磁場(chǎng)傳感器在提供電隔離的同時(shí)，還能顯著(zhù)降低功率損耗。這些特性對于高壓和大電流應用尤為重要，因為電隔離確保了對接觸的保護，而低功耗則保證了低自熱。
為了應對這些難題，英飛凌針對TLI4971電流傳感器進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)應用的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。在新型TLE4972中，測量電流并不像TLI4971那樣流經(jīng)具有內部電流路徑的IC封裝；相反，傳感器放置在PCB上或靠近帶電線(xiàn)路的電源軌上，而且沒(méi)有接觸。
圖1：TLE4972電流傳感器的目標應用
TLE4972是無(wú)芯的...
功能更強大的電池系統允許在正常運行和發(fā)生短路時(shí)出現更高的峰值電流。如果電流傳感器具有帶有磁芯材料的磁通量集中器，則必須有相應的較大尺寸，否則，短路電流可能使其永久磁化，從而扭曲了系統的傳輸特性（圖2）。由于TLE4972是無(wú)芯的，即使在短路導致過(guò)流的情況下，也不會(huì )發(fā)生磁芯飽和以及隨后的剩磁效應。這支持實(shí)現高線(xiàn)性度，并避免了傳輸特性中的滯后現象。
圖2：帶有磁通量集中器的磁場(chǎng)傳感器必須具有較大的尺寸，以避免因短路而導致的永久磁化和系統傳輸特性的失真。(圖片來(lái)源：英飛凌)
...快速...
需要進(jìn)行快速的過(guò)流和短路檢測，特別是主電池開(kāi)關(guān)。由于TLE4972有兩個(gè)獨立的開(kāi)漏輸出，具有可配置的觸發(fā)閾值和可編程的噪聲脈沖濾波器，因此可以滿(mǎn)足要求。它們向微控制器或柵極驅動(dòng)器等發(fā)出過(guò)流信號，過(guò)電流檢測（OCD）開(kāi)漏輸出引腳的典型響應時(shí)間小于1μs。TLE4972具有從0Hz到至少120kHz的較寬頻率范圍，有助于實(shí)現快速過(guò)流檢測，而沒(méi)有軟件引起的延遲。
差分模擬輸出也提供了高帶寬，因此可用于電動(dòng)汽車(chē)中驅動(dòng)電機的扭矩控制。
...精準...
由于采用差分測量方法，因此，由于相鄰導體的電流流動(dòng)等引起的多余的雜散場(chǎng)，不會(huì )對測量信號造成任何影響。芯片上的附加傳感器還可以補償溫度和機械應力的影響。因此，在組件的整個(gè)使用壽命期間，準確性和穩定性得到了提高。產(chǎn)品數據表顯示，在使用壽命內的溫度測量誤差小于2%。
用戶(hù)可通過(guò)軟件配置和整個(gè)系統的機械設計來(lái)擴展TLE4972的測量范圍。
整體系統，即傳感器加上PCB或電源軌上的電流導體，可以在組裝后進(jìn)行校準，從而補償生產(chǎn)公差。通過(guò)Aout引腳在電源開(kāi)啟的情況下進(jìn)行通信。
...安全...
英飛凌根據ISO 26262汽車(chē)工業(yè)功能安全國際標準開(kāi)發(fā)TLE4972傳感器。由于具有高度的自我診斷能力，該傳感器符合ASIL B標準安全組件功能安全要求（SEooC）。
因此，特別推薦TLE4972用于需要滿(mǎn)足高度功能安全的應用。開(kāi)發(fā)人員可以向英飛凌索取相關(guān)文檔資料。這些數據可用于輕松計算并快速證明整體系統的可靠性。
...以及靈活性
TLE4972以模擬形式輸出測量值。輸出可以配置為全差分、半差分或單端。對于單端輸出模式，傳感器從外部來(lái)源導入參考電壓，例如連接的模擬/數字轉換器（ADC）。在半差分模式下，它將內部Vref輸出到一個(gè)引腳，與連接的ADC共享。這樣可以抵消共模噪聲，只要它在整個(gè)ADC轉換時(shí)間內是恒定的。
在全差分模式下，TLE4972提供兩個(gè)相位相反的輸出信號。這種工作模式與具有差分輸入的ADC結合在一起，可確保最好地抑制模擬傳輸路徑上的共模噪聲信號。在這方面，TLE4972是英飛凌可編程系統級芯片（PSoC）系列4、5和6的理想選擇，因為它們具有帶差分輸入的12位ADC，并與傳感器共享3.3V左右電源電壓范圍。
兩種封裝形式
TLE4972有兩種封裝形式：在TDSO-16封裝中，適用于測量在普通多層板上流經(jīng)軌道的高達約400 A電流。對于最高大約800 A的更高電流，英飛凌建議將之安裝在特殊形狀的銅軌上（圖3和4）。
圖3：安裝在銅軌上方或下方，TLE4972適用于測量最高大約800A電流。(圖片來(lái)源：英飛凌)
圖4：TLE4972兩個(gè)封裝型款提供多種安裝選項，適用于測量200 A至800 A電流。
對于400 A和2 kA之間電流測量，TSON-6封裝TLE4972是理想的選擇，它的尺寸為4.5 mm × 3.5 mm，可以垂直安裝在電源導軌切口處。
原廠(chǎng)提供支持
英飛凌通過(guò)全新仿真工具支持使用TLE4972的開(kāi)發(fā)項目，這款工具可通過(guò)英飛凌合作平臺（Infineon’s Collaboration Platform）在線(xiàn)使用（需要激活）。此外，英飛凌還為各種測量范圍提供了四塊評測板。TLE4972 EVAL STD PCB（最高約200 A電流）、TLE4972 EVAL INLAY（最高約400 A電流）、TLE4972 EVAL LAT BAR（最高約580 A電流）和TLE4972 EVAL VER（最高約830 A電流）。
結論
TLE4972是用于高雙向電流應用的無(wú)電位測量組件，它還能自主地發(fā)出過(guò)流信號，并符合ASIL B標準SEooC要求。這款傳感器特別適用于電機控制。此外，它可以結合PSoC的模擬和數字功能，精妙地實(shí)現高壓熔斷器電子部件。
儒卓力汽車(chē)事業(yè)部（Automotive Business Unit）專(zhuān)業(yè)團隊設想這款組件在眾多目標應用中得到應用，包括測量牽引BLDC驅動(dòng)、輔助驅動(dòng)、電子渦輪(e-turbo)、集成啟動(dòng)器/發(fā)生器、皮帶啟動(dòng)器/發(fā)生器，以及高壓路徑中的電子保險絲、電池管理系統（BMS）和電池或負載斷路開(kāi)關(guān)的電機相位電流。
（來(lái)源：儒卓力公司，作者：儒卓力公司汽車(chē)事業(yè)部產(chǎn)品銷(xiāo)售經(jīng)理Ralf Hickl）
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