本文将介绍随着电气化应用发展而出现的四大设计趋势,以及用于提高系统电压、增强系统保护、实现遥测监测和缩减外形尺寸的电流检测技术。总的来说,电流传感器监测电气系统中的一项重要参数,即电流,这能够使系统在安全范围内尽可能高效地运行。

在所有描述世界日益电气化的流行语中,有一个词十分亮眼:电流检测。如果电流检测技术不可靠、不准确且难以用于设计,那么在太阳能电池阵列、电动汽车 (EV) 充电站或机器人领域令人耳熟能详的创新几乎都不可能实现。

本文将介绍随着电气化应用发展而出现的四大设计趋势,以及用于提高系统电压、增强系统保护、实现遥测监测和缩减外形尺寸的电流检测技术。总的来说,电流传感器监测电气系统中的一项重要参数,即电流,这能够使系统在安全范围内尽可能高效地运行。

在3月30日AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“第25届高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,共同探讨前沿电源管理技术发展方向,欢迎感兴趣的朋友到场交流,点击报名参会

通过电流检测支持更高的系统电压

随着对效率的要求愈加严格,系统电压也随之增加,从而有助于提高效率。根据欧姆定律,在较高的系统电压下,可通过降低负载的电流来得到等量的功率,这有助于减少系统中的 I2R 损耗。电压愈高,系统可以愈发高效地传输大功率,原因是电流范围更小,交流/直流或直流/直流功率变换器等级产生的热量更少。

图 1 所示的电动汽车充电器正在将电源从电网中断开,其电压电平可能为 120VAC、240VAC、230VAC(单相)或 400VAC(三相)。典型的电动汽车充电器将电网的交流电输送到电动汽车车载充电器,后者将交流电转换为直流电,并为电池充电。

在直流快速充电器中,交流电从电网传输至电动汽车充电器,在充电器内从交流转换为直流,并向电池提供高达 920VDC 电压,从而加快充电速度。提升到更高的电压电平,并保持相似的电流电平,可以向电池直接传输更多功率,从而更快、更高效地充电。

图 1:电动汽车充电器 

电流传感器有助于提高电动汽车充电器的系统效率,并可在整个系统的多个位置使用。这些传感器可用于交流线路输入来监测电流,从而调节进入系统前端的无功功率。另一方面,在系统功率因数控制环路和第二直流/直流级后的正节点或负节点上,此配置可用于监测故障。

还可以在第一直流/直流级和第二直流/直流级之间的某个位置,使用差分放大器的电流检测实现磁通平衡。此外,有必要使用 AMCS1100 或 TMCS1100 等隔离式电流传感器,为系统和操作电动汽车充电器的人员提供保护。

增强系统保护

电气化还提高了对系统保护的需求,从而确保系统对安全工作区外的事件做出迅速响应,避免损坏半导体和其他敏感器件。在大多数系统中,某种形式的系统保护可确保系统按预期运行。例如,如果图 2 所示的机器人拾取了一个异常沉重的物品,则电机会出现明显的电流尖峰。

图 2:工业机器人

电流尖峰可能意味着负载超出机器人的能力范围,可能会损坏系统或物理机械臂内的器件。具有集成式比较器的电流检测器件会检测到可能超出系统安全工作区的峰值电流涌入电机。具有集成式过流比较器的 INA301 可做出快速响应(低于 1µS)并设置警报,这可能导致系统停机。这与负载点测量类似,其中基于分流器的传感器(如 INA228 和 INA226 超精密双向电流检测放大器)可以监测通过特定节点的电流和电压电平,从而确保节点保持在其安全工作区内。

实现遥测监测

随着应用的电气化程度提高,对监控的要求也更为严格,以便跟踪能耗等级和改善预测性维护。

为预测性维护进行监测或遥测监测的一个示例是,对机架式服务器系统中冷却风扇的电流和电压电平进行数据记录。INA232 等器件用于对风扇的功耗进行数据记录。通过数据记录,系统能够向技术人员发出警报,指示风扇可能运行不稳定或使用寿命即将结束。 

数字功率监测器是适合此类用例的一种器件,因为它同时接收总线电压和电流信息。数字功率监测器 IC 通过板载运算来计算功率、电荷和能量,并通过 I2C 或串行外设接口传输这些信息(以及总线电压和电流数据)。片上运算可以减少 CPU 或微控制器上的进程,因此处理资源可用于更有效地处理其他任务。这点对于具有任务密集型 CPU 或微处理器的系统尤为重要。 

缩减外形尺寸

随着越来越多的应用包括的电子元件越来越多,或需要安装在更小的空间中,人们更需要缩减元件的尺寸或增加每个单元的功能数量,从而帮助减小整个电路板的面积。许多系统(如智能手机和机器人系统)都受到尺寸限制,需要不断缩小尺寸和增加功能数量。

较小的电流检测器件可让设计人员加强对整个系统的监测,或减小系统的整体尺寸。这两种情况都具有一定优势,具体取决于整体系统参数。减小集成电路 (IC) 的尺寸或增加每个单元的功能数量都会增加功能密度,从而实现强大的个人电子产品、车载充电器和小型协作机器人电机驱动系统。

利用超小型 IC 或功能丰富的芯片可为实现更小的系统奠定基础。例如,Wafer-Chip Scale Package (WCSP) 等芯片封装选项或具有集成式分流器的 INA253 支持设计人员在不影响性能或功能的情况下缩减其系统的尺寸。

结语

通过更好地了解上述趋势以及有助于实现这些趋势的 IC,您可以应对特定的高压设计挑战,并通过监测电流测量值来确保系统在安全工作区内运行,从而实现可靠性和安全性。

在3月30日AspenCore将在上海举办国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2023),同期举办的“第25届高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”,为大家提供一个高效交流的互动平台,共同探讨前沿电源管理技术发展方向,欢迎感兴趣的朋友到场交流,点击或扫码报名参会

责编:Luffy
阅读全文,请先
您可能感兴趣
今年IEDM上,围绕摩尔定律延续的问题,又有几个比较重要的技术发布,包括CFET——也就是3D堆叠晶体管要用背面供电,背面供电技术本身则有了新的实现方案,GaN功率晶体管则和Si CMOS驱动放到了一起...
规划投资2亿元的四川洪芯微,也是是四川遂宁现代产业高端突围项目之一,曾被看作打破了遂宁无“芯”的历史。
碳化硅MOSFET也可以与同类器件并联使用。几个单元之间通过简单并联连接后,在正常条件下工作都不会有问题,但在特殊情况(与温度、电流和工作频率相关)下,器件的工作条件可能会变得极为严苛。因此,必须采取一些预防措施,创建故障预防电路,以便能够充分利用功率器件并联所带来的优势。
哪些新兴技术将成为未来半导体行业的关键驱动力?哪些市场会带来新的应用机会?芯片公司和上游的EDA/IP厂商将面临什么样的新挑战,又将如何应对?……整个产业界迫切想要得到的答案,或许可以在这里找到。
正如三大主要赋能趋势对投资决策的影响,意法半导体已经将中国市场作为重要的战略核心市场。近年来,随着中国经济的快速发展和产业结构的不断升级,中国市场对高性能半导体产品的需求也不断增加。意法半导体为了满足中国市场的需求,不断加强在中国市场的投资和布局,包括设立研发中心、扩大生产能力、加强与本地客户的合作。
这家总部位于加拿大渥太华的公司,为英飞凌带来了丰富的氮化镓 (GaN) 功率转换解决方案产品组合和领先的应用技术。
根据TrendForce集邦咨询最新OLED技术及市场发展分析报告统计,在近期发表的摺叠新机中,UTG的市场渗透率已逾九成,随着摺叠手机规模持续成长,预估2023年UTG产值将达3.6亿美元;2024年可望挑战6亿美元。
随着终端及IC客户库存陆续消化至较为健康的水位,及下半年iPhone、Android阵营推出新机等有利因素,带动第三季智能手机、笔电相关零部件急单涌现,但高通胀风险仍在,短期市况依旧不明朗,故此波备货仅以急单方式进行。此外,台积电(TSMC)、三星(Samsung)3nm高价制程贡献营收亦对产值带来正面效益,带动2023年第三季前十大晶圆代工业者产值为282.9亿美元,环比增长7.9%。
治精微推出具过压保护OVP、低功耗、高精度运放ZJA3018
无线技术每天都在拯救生命,有些非常方式是人们意想不到的。在美国加利福尼亚州Scotts Valley,一名路过的慢跑者发现一处住宅冒出火焰后,按响了门铃,试图通知屋主。屋主不在家中,但无线门铃连接到了智能家居中枢,提醒屋主慢跑者试图联系。屋主立即向他提供了安全密码,让他跑进房子,从火场中救出了宠物。
来看看,你需不需要这门接收机设计课程吧(已更新八次)。如有需要,现在仍然可以报名。(1)前几天,号友发来她的听课笔记,我真的是泪流满面。感觉,自己这么长时间的备课,总算没白费。说实话,我备课的时候,真
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。随着能源汽车等下游产业不断发展,锂离子电池的生产规模正在不断扩大。本文
相信每个硬件工程师应该都用过DC-DC,那么分压反馈电阻的取值有没有想过呢?实际应用中大抵都是直接抄的手册中推荐的分压电阻阻值,就算没有正好对应输出电压的分压阻值,也一般是选择接近的电阻大小。但是,总
英伟达(Nvidia)CEO黄仁勋11日表示,将扩大与越南高科技业者的伙伴关系,支持在当地训练研发人工智能(AI)与数字化基础建设领域的人才。黄仁勋还透露在越南设立芯片中心的构想。根据白宫今年9月提升
要点2022 年中国的经济增长不如 2021 年强劲,COVID-19 限制令和持续封锁削弱了中国的经济和制造活动。2022 年,LV 变频器市场增长了 3%,其中大部分增长来自于上一年积压订单的交付
广告分割线12月11日,臻鼎科技集团与协成昌集团(Saha Group)达成了战略合作协议。当晚还举办了“2023庆祝战略合作签约暨鹏晟科技动土典礼晚宴”。本次战略合作协议的签订将进一步促进双方的合作
广告分割线12月11日,据台媒报道,群创(3481.TW)竹南T1厂员工向媒体爆料,群创竹南T1厂将裁员50%!据报道,群创竹南厂工程师预计将减少一半,在线作业员也预计砍一半。群创今天表示,已于第一时
曹原 发自 副驾寺智能车参考 | 公众号 AI4Auto全球第一的 Tier 1,官宣裁员了。博世刚刚证实,准备裁员1500人,以适应汽车行业不断变化的技术和需求。博世发言人表示:我们面临了比年初预期
点击左上方蓝色“一口Linux”,选择“设为星标”第一时间看干货文章 ☞【干货】嵌入式驱动工程师学习路线☞【干货】一个可以写到简历的基于Linux物联网综合项目☞【干货】Linux嵌入式知识点-思维导
 /记得星标我/比大部分人早一步看见未来乡村振兴,产业兴旺是重点。今年是加快建设农业强国的起步之年,在陕西,陕西移动依托自身信息技术优势,在电子商务、养殖业、农业等方面注智赋能,推动特色产业稳步发展,