充电站

电流传感器

本页介绍作为快速充电站电源模中搭载的 PFC 拓扑电路中的一种示例,三相 VIENNA PFC 电路。另外,将推荐最最适合用于检测此种三相 VIENNA PFC 电路电流的 AKM 产品及其优势。

充电站 ( 充电桩 )

造成地球温室效应的 CO2 气体排放量中的约 20% 来自于交通/运输业,而其中 CO2 排放量最多的是乘用车。为了在 2050 之前实现 CO2 零排放,国际能源机构发布了 “需要在 2035 年之前废除燃烧汽油等燃料行驶的内燃机车 (ICE 车 )” 的目标。

以此为契机,世界各国开始强化环境法规或采取EV车优惠措施,电动汽车正在迅速普及。尤其是中国,电动汽车年销售额占据世界的一半,成为全球最大的电动汽车市场。

随着电动汽车需求的增加,充电设备变得不可或缺。

就像在城镇配置加油站那样,到处都在建设电动汽车充电站。2020 年全球 EV 充电基础设施数量中仅公共充电站就达到 250 万台。预计到 2025 年,会接近 1,000 万台。可以看出,充电站的普及势如破竹。

配置在城镇中的充电站采用的是名为快速充电的 DC 电源充电方式。快速充电站安装有多个开关电源模块,起到输送电能的核心作用。该电源模块内置有 PFC 电路。

PFC 为 Power Factor Correction 的缩写,指的是“功率因数校正电路”。一般开关电源的输入电流会产生谐波电流,这会导致功率因数降低。近年来,为了抑制这种谐波电流,制定了规定有提高功率因数的谐波电流抑制规定,其中包括在开关电源等中内置 PFC 电路的内容。

例如,为了符合现行的 EU 标准 EN61000-3-2 ( 基于 IEC 61000-3-2),输出功率超出 75W 的所有开关电源都需要满足大于等于 0.9 的功率因数。未内置 PFC 电路的开关电源的功率因数:单相约为 0.65,3 相约为 0.85。通过内置PFC电路,可使功率因数接近 1.0。因此,不论单相还是3相开关电源,如果不使用 PFC 电路,就无法符合现行的谐波电流抑制规定。

图 1 充电站 ( 充电桩 ) 的电流检测位置 图 1 充电站 ( 充电桩 ) 的电流检测位置

最适合三相 VIENNA PFC 电路的电流传感器

快速充电站的电源模块需要特别重视效率。为此,快速充电站的电源模块经常使用易于提高效率的三相 VIENNA PFC电路。图 2 所示为三相 VIENNA PFC 的电路图。

该三相 VIENNA PFC 电路使用电流传感器进行开关控制。为了确定开关元件的 ON/OFF 时序,需要使用电流传感器正确检测输入电流的极性切换时序。

另外,也必须在高电压侧检测电流,因此,需要在一次侧与一次侧之间进行绝缘。

一般来说,电流检测方式使用的是 “电流传感器 IC” 或 “分流电阻 + 绝缘放大器”。

 

图 2 三相 VIENNA PFC 电路 图 2 三相 VIENNA PFC 电路

VIENNA PFC 电路具有高功率因数、高效率与小型化的优点。但是,也有因电流检测方式的特性影响而无法发挥 VIENNA PFC 电路优点的情况。
 

·高功率因数

电流检测时,如果零电流电压发生偏移,开关的 ON/OFF 时序就会偏移。这会导致 THD (Total Harmonic Distortion 总谐波失真) 相位偏移,降低功率因数。

→ AKM 电流传感器的零电流电压温度特性较小,精度较高,因此可实现高功率因数。

 

·高效率

电流流过电流检测部分时的发热会引起能耗

→ AKM 电流传感器的一次导体电阻值较小,发热较低,因此可实现高效率。

 

·小型

如果电流检测部分较大或外围部件较多,则会影响小型化

→ AKM 的电流传感器采用小型表面安装的封装技术,厚度较小,因此可实现小型化。

此外,安装自由度较高,易于进行布局设计。

 

下表 1 汇总了 “AKM 的电流传感器 IC”、“其它公司生产的无芯电流传感器”、“分流电阻 + 绝缘放大器” 的各自特征。

表 1 电流检测方法的比较

表1 电流检测方法的比较

AKM 的电流传感器 IC ( 无芯电流传感器 ) 兼具

  • 高精度
  • 低发热
  • 小型
  • 高速响应

 

等充电站 PFC 电路所需的所有特性。

另外,由于采用了表面安装的封装技术,并且做到电流绝缘,因此,不仅可提高系统效率,不损害安全功能,还可以实现系统的小型化、电路简化,降低设计工时。

详细内容随后会进行说明。

选择表

Current 
Sensor 
Type
Package Supply
Voltage
Output
Voltage
Effective
Current
Measurement
Range
Bipolar /
Unipolar
Ratiometric/
Non-Ratiometric
Creepage
Clearance
Working
Voltage *
Product 
Name
Product
Series
[V] [V] [Arms] [Apeak] [mm] [Vrms]
Coreless SOP 5.0 5.0 60 ± 5.3 to ± 180
Bipolar Retiometric ≧ 8.0 1118 CZ370x CZ37 系列
0 to 345.2 Unipolar CZ372x 
3.0 50 ± 11.6 to ± 166.6 Bipolar Non-Ratiometric CZ3AGx CZ3A 系列
3.3 3.3 ± 12.9 to ± 129.1 CZ3A0x
5.0 5.0 20 ± 4.5 to ± 42 Bipolar
Retiometric ≧ 5.0 1000 CQ330x CQ3 系列
± 20.5 to 42 Unipolar
3.3 3.3 ± 8.5 to ± 44 Bipolar CQ320x
20.9 Unipolar
Through
Hole 
DIP 5.0 5.0 50 ± 21 to ± 170 Bipolar ≧ 13.3 1330 CQ233x CQ2 系列
3.3 3.3 ± 21 to ± 85 CQ223x
5.0 5.0 ± 170 ≧ 2.7 270 CQ2366