GERA018C June 2018 – March 2023 AMC1035 , AMC1035-Q1 , AMC1200-Q1 , AMC1204-Q1 , AMC1211-Q1 , AMC1300B-Q1 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1304L05-Q1 , AMC1304L25-Q1 , AMC1304M05-Q1 , AMC1304M25-Q1 , AMC1305L25-Q1 , AMC1305M05-Q1 , AMC1305M25-Q1 , AMC1336-Q1 , AMC3301-Q1 , AMC3302-Q1 , AMC3330-Q1 , AMC3336-Q1
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Der weltweite Markt für Elektrofahrzeuge (EVS) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) wächst rasant, da diese Fahrzeuge im Vergleich zu Benzin- oder Dieselfahrzeugen eine höhere Kraftstoffeffizienz und geringere Emissionen bieten und Strom aus erneuerbaren Energiequellen nutzen. Zur Steuerung des Energieflusses und zur Optimierung der Effizienz von HEV/EV-Antriebsstrang-Subsystemen wie Traktionswechselrichtern, fahrzeuginternen Ladegeräten (OBCs), DC/DC-Wandlern und Batteriemanagementsystemen (BMS) ist eine präzise und genaue Strommessung unverzichtbar. Diese Hochspannungssubsysteme müssen große Ströme bei hohen Spannungen, typischerweise > 400 V, messen. Daher erfordern diese Strommessungen sowohl eine Isolierung als auch eine hohe Leistung in rauen Automobilumgebungen.
Jede HEV/EV-Anwendung hat unterschiedliche Kosten, Genauigkeit, Signalbandbreite, Latenz, Messbereich, Isolationswerte und Anforderungen an die Gehäusegröße. Es gibt mehrere Methoden zur isolierten Strommessung. Allerdings sind die primären Methoden, die in HEV/EV-Subsystemen verwendet werden, entweder Shunt-basierte mit isolierten Verstärkern (Abbildung 1) oder isolierte Modulatoren (Abbildung 2) oder Hall-basierte mit Open-Loop- (Abbildung 3) oder Closed-Loop- (Abbildung 4) Hall-Sensoren.
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Früher haben die Entwickler Shunt-basierte Lösungen für Messungen mit niedrigem Strom (<50 A) und Hall-basierte Lösungen für Messungen mit hohem Strom (>50 A) bevorzugt. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Genauigkeit von Strommessungen migrieren Automobilzulieferer jedoch von Hall-basierten zu Shunt-basierten Methoden, insbesondere in Hochstromanwendungen. Sogar unter Automobilherstellern gibt es den Trend, von Lösungen auf der Basis isolierter Verstärker zu Lösungen auf der Basis isolierter Modulatoren zu wechseln, um die Messgenauigkeit weiter zu verbessern.
Texas Instruments bietet klassenbeste isolierte Verstärker und isolierte Modulatoren, die in Kombination mit hochpräzisen Shunts dazu beitragen, sehr genaue isolierte Strommessungen über die Temperatur zu erreichen. Tabelle 1 zeigt die grundlegenden Unterschiede zwischen Shunt- und Hall-basierten isolierten Strommesslösungen in Hochstrom-Automobilumgebungen.
KATEGORIE | SHUNT-BASIERT | HALL-BASIERT |
---|---|---|
Lösungsgröße | Ähnlich | Ähnlich |
Offset, Abweichung | Sehr niedrig | Mittel |
Offset-Drift über die Temperatur | Niedrig | Mittel |
Genauigkeit | <0,5% nach Kalibrierung | <2 % nach Kalibrierung |
Rauschen | Sehr niedrig | Hoch |
Bandbreite | Ähnlich | Ähnlich |
Latenz | Ähnlich | Ähnlich |
Nichtlinearität | Sehr niedrig | Hoch |
Langzeitstabilität | Sehr hoch | Mittel |
Kosten | Ähnlich | Ähnlich |
Vibrationseinwirkung | Sehr niedrig | Niedrig |
Verlustleistung | Niedrig | Sehr niedrig |
Anpassung | Flexibel | Begrenzt |
Ein Traktionsinverter steuert den Elektromotor und ist eine Schlüsselkomponente im HEV/EV-Antriebsstrang. Ein Traktionsinverter erfordert eine genaue Strommessung bei hohen Gleichtaktspannungen. Strommessungen in Traktionsumrichtern können daher mit einer von zwei Shunt-basierten Methoden durchgeführt werden.
Abbildung 5 Zeigt den Spannungsabfall über den Shunt auf der heißen (hohen Gleichtaktspannung) Seite ist von der kalten Seite mit einem für die Automobilindustrie geeigneten, verstärkten isolierten Verstärker wie dem AMC1301-Q1 isoliert.
Abbildung 6 Zeigt die zweite Shunt-basierte Messmethode, bei der ein verstärkter isolierter Modulator mit Automobilzulassung wie der AMC1305M25-Q1 verwendet wird, um den Spannungsabfall über den Shunt auf der heißen Seite von der kalten Seite zu isolieren.
Um die Messgenauigkeit zu verbessern, verwenden Sie einen isolierten Modulator, da diese Lösung eine zusätzliche Analog-Digital-Wandlungsstufe und die damit verbundenen Fehler eliminiert. Der Hochgeschwindigkeits-Bitstrom-Ausgang der isolierten Modulatoren wird von Mikrocontrollern (MCUs) wie der C2000-Familie von TI, die über ein integriertes Sigma-Delta-Filtermodul (SDFM) verfügen, oder von einem FPGA gefiltert, wodurch der Benutzer die Signalbandbreite und -Genauigkeit feinabstimmen kann.
BAUSTEIN | ISOLIERUNG | BESCHREIBUNG |
---|---|---|
AMC1305-Q1 | Verstärkt | Isolierter Modulator mit ±50 mV, ±250 mV |
AMC1301-Q1 | Verstärkt | Isolierter Verstärker mit ±250 mV |
AMC1302-Q1 | Verstärkt | Isolierter Verstärker mit ±50 mV |
Für die isolierte Strommessung in HEV/EV-Subsystemen gibt es mehrere Messmethoden, einschließlich Shunt-basierter und Hall-basierter Methoden. Mit Fortschritten bei erschwinglichen hochpräzisen Shunts und hochleistungsfähigen isolierten Verstärkern und Modulatoren sind Shunt-basierte Lösungen zu einer guten Alternative zu herkömmlichen Hall-basierten Lösungen geworden.
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