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本文重點介紹了 Pewatron 在測量普遍使用的三相電機的牽引電流方面降低成本的機會。

在大多數行業中，不斷有降低成本的壓力。對于汽車環境尤其如此。環境壓力意味著混合動力或純電動汽車的銷量將不斷增加。更高的產量意味著在傳動系統的所有領域都有相當大的設計改進。

本文重點介紹測量普遍使用的三相電機牽引電流時降低成本的機會。電流通常高達 2000A 的峰值，電池電壓高達兩三百伏。相電流測量是變速驅動算法的重要組成部分。為了優化效率，需要測量相電壓、電流和相角。此外，還需要測量電流以防止過載和檢查系統故障。簡單來說，對于三相電機，只需要兩個電流傳感器，因為第三相的電流可以從其他兩相的總和中得出。然而，當考慮到系統的安全性和可靠性時，最好使用三個電流傳感器，這樣可以進行系統交叉檢查。

出于多種原因，測量實際相電流而不是嘗試從橋臂電流中推導出它是有益的。不需要很高的精度。電機不是精密設備，因此幾個百分比的誤差對系統效率、驅動平滑度或噪聲影響不大。另一方面，確實需要在所有速度和負載范圍以及四個操作象限內保持準確性。

傳統方法

這種方法使用三個獨立的電流傳感器，它們在所需的電流和溫度范圍內具有必要的精度。它們可能還需要大于約 30kHz 的頻率響應來“觀察”PWM 振蕩并快速響應以實現短路保護。

圖 1：傳統的 3 相電流檢測 – 100%

這些傳感器可能是帶有磁芯的開環霍爾器件。它們應該對感應孔內的導體位置有合理的容忍度。3 個傳感器的價格約為 120-150 美元。

無芯電流傳感器 用于牽引環境的下一代傳感器將是無芯的。磁場傳感器陣列位于代替磁芯的孔周圍。這減小了尺寸和重量。（尺寸和重量是電動汽車的重要品質。）

圖 2：無芯 3 相電流感應 - ~ 66%

通常，無芯傳感器具有出色的線性度，因為沒有芯飽和效應。此外，它們的頻率響應可以超過 100kHz。

三相傳感器

下一個降低成本的進程是使用三相傳感器。對于 coreless，這尤其有吸引力。它還節省了 2 個連接器，因為只需要一個 3 相連接器。傳感器可以布置在單個 PCB 上。如果環境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護。可能需要靜電屏蔽以提高信噪比。

通常，無芯傳感器具有出色的線性度，因為沒有芯飽和效應。此外，它們的頻率響應可以超過 100kHz。三相傳感器 下一個降低成本的進程是使用三相傳感器。對于 coreless，這尤其有吸引力。它還節省了 2 個連接器，因為只需要一個 3 相連接器。傳感器可以布置在單個 PCB 上。如果環境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護。可能需要靜電屏蔽以提高信噪比。

圖 3：帶屏蔽的三相無芯 PCB ~ 20%

現在成本下降到不到三分之一。組件可以非常緊湊——也許完全集成到速度控制器中。

降低成本的三相傳感器

磁場傳感器陣列背后的原因是提供對雜散外部磁場的良好免疫力。它還使傳感器在很大程度上不受導體位置的影響。現在，如果導體位置是固定的，并且除了電機饋電之外沒有其他附近的導體，則可能不再需要傳感器陣列。每個相的單個磁場傳感器可能就足夠了。相位之間會有串擾，但這是系統性的，因此可以用合適的算法進行補償。

圖 4：帶屏蔽和補償的三相無芯 PCB ~ 15%

此選項可以進一步降低成本。此選項的缺點是可能需要相當復雜的校準過程。然而，一旦算法完全開發出來，校準過程將完全自動化。最終結果是與電流感測相關的硬件變得微不足道。

系統設計

像許多簡單的系統一樣，需要仔細設計以確保必要的性能。Raztec 擁有多年的電流傳感設計技能，他們的設計合作伙伴 Pewatron 擁有經驗豐富的專家，是為特定應用提供咨詢的絕佳位置。供應合作伙伴提供范圍廣泛的磁場傳感器可供選擇，并且熟悉汽車行業或其他類似應用領域所需的關鍵供應方面。因此，客戶特定的解決方案非常受歡迎，工程師越早參與，解決方案就越能滿足需求。