Alex Smith 和 Cierra Cowley
我們的社會每天都要仰賴電網,因此監控和維護電網對於確保日常可靠性至關重要。隨著越來越多人從不可再生能源轉向可再生能源,電網的日常供應和需求也在不斷變化,因此我們必須管理其不斷變化的需求。
隔離式電流感測通常透過霍爾式感測或分流式感測進行,可透過安全且準確地測量供應至電網或從電網汲取的電流,協助管理電網。舉例來說,在電動車 (EV) 充電系統和太陽能系統中,必須透過隔離來保護低電壓電路控制免受高電壓瞬態影響。
圖 1 顯示 EV 充電與太陽能應用中的電流感測。在這些應用中,電流感測在功率閘的效率、計量和控制方面也扮演著十分重要的角色。在本文中,我們將探討如何在 EV 充電器和太陽能系統中提供準確、安全的電流感測。
DC 快速充電器和太陽能逆變器具有類似的主電源轉換建構基礎。DC 快速充電器會將電網的 AC 電源轉換為 DC 電源,以便為 EV 電池充電。太陽能面板會將 DC 電源轉換爲 AC 電源,以連接電網並為電網供電。
在 EV 充電時,基本 DC 快速充電器會在所謂的「公共耦合點」位置連接至電網。在公共耦合點之後,緊接著是一個電磁干擾濾波器,可防止後續功率因數校正級的雜訊耦合回電網,從而保持測量準確度。此準確度可提升 AC 轉 DC 的轉換效率。
太陽能面板與 EV 充電器以類似的方式連接到電網。太陽能面板所產生的 DC 電壓會隨着面板接觸太陽的程度及其所接收到的紫外線量而波動。接著,太陽能逆變器會將 DC 電源轉換爲 AC 電源,並在公共耦合點將其整合回 AC 電網。在這裡,隔離式電流量測必須準確,才能讓太陽能逆變器的輸出功率與電網相符。
若要準確地計量及計費,必須準確地量測電流。在公共耦合點,計量可能會使用電流感測來追蹤 DC 快速充電器消耗的能量。追蹤 DC 快速充電器的健康狀態有助於識別維護需求,並確定終端使用者的正確計費。
對於太陽能面板,計量標準會監控將可再生能源傳送回電網的公共耦合點。若要追蹤長時間電流消耗的細微變化,需要在整個使用壽命期間維持高準確度,因此設計師通常比較喜歡使用隔離式分流架構的電流感測器 (如 AMC131M03),因為開環技術的準確度可能會隨著時間偏移,而分流架構則沒有使用壽命偏移的問題。分流架構的電流感測技術有助於防止在系統使用壽命期間性能下降。
霍爾式電流感測是另一種形式的隔離式電流感測。霍爾式電流感測可感測用於控制電源轉換級中精確切換電源閘的電流。在電源轉換級中,10 位元準確度通常是可接受的,因為電流幅度大,不需要整個範圍的準確度;因此,TMCS1126 電流感測器等霍爾式技術會因為易於使用且成本低廉而廣受歡迎。
在 DC 快速充電器的輸出端,與車輛的連線通常具有分流式電流量測功能;為確保車輛電池安全充電,高準確度是重中之重。或者,在太陽能逆變器的輸入端,在最大功率點追蹤 (MPPT) 演算法中通常採用 AMC3302 隔離式放大器進行精確的分流式電流感測,以實現最大發電量。
電流感測提供重要的防護功能,不僅可以推動再生能源的未來發展,還能妥善且安全地管理電網。電動車和可再生能源的崛起,進而促使投入 DC 快速充電站和太陽能面板市場。在 EV 充電和太陽能應用中,分流式與霍爾式隔離電流感測對於確保運作安全且高效率至關重要。
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