本文重点介绍了 Pewatron 在测量普遍使用的三相电机的牵引电流方面降低成本的机会。

在大多数行业中，不断有降低成本的压力。对于汽车环境尤其如此。环境压力意味着混合动力或纯电动汽车的销量将不断增加。更高的产量意味着在传动系统的所有领域都有相当大的设计改进。

本文重点介绍测量普遍使用的三相电机牵引电流时降低成本的机会。电流通常高达 2000A 的峰值，电池电压高达两三百伏。相电流测量是变速驱动算法的重要组成部分。为了优化效率，需要测量相电压、电流和相角。此外，还需要测量电流以防止过载和检查系统故障。简单来说，对于三相电机，只需要两个电流传感器，因为第三相的电流可以从其他两相的总和中得出。然而，当考虑到系统的安全性和可靠性时，最好使用三个电流传感器，这样可以进行系统交叉检查。

出于多种原因，测量实际相电流而不是尝试从桥臂电流中推导出它是有益的。不需要很高的精度。电机不是精密设备，因此几个百分比的误差对系统效率、驱动平滑度或噪声影响不大。另一方面，确实需要在所有速度和负载范围以及四个操作象限内保持准确性。

传统方法

这种方法使用三个独立的电流传感器，它们在所需的电流和温度范围内具有必要的精度。它们可能还需要大于约 30kHz 的频率响应来“观察”PWM 振荡并快速响应以实现短路保护。

图 1：传统的 3 相电流检测 – 100%

这些传感器可能是带有磁芯的开环霍尔器件。它们应该对感应孔内的导体位置有合理的容忍度。3 个传感器的价格约为 120-150 美元。

无芯电流传感器 用于牵引环境的下一代传感器将是无芯的。磁场传感器阵列位于代替磁芯的孔周围。这减小了尺寸和重量。（尺寸和重量是电动汽车的重要品质。）

图 2：无芯 3 相电流感应 - ~ 66%

通常，无芯传感器具有出色的线性度，因为没有芯饱和效应。此外，它们的频率响应可以超过 100kHz。

三相传感器

下一个降低成本的进程是使用三相传感器。对于 coreless，这尤其有吸引力。它还节省了 2 个连接器，因为只需要一个 3 相连接器。传感器可以布置在单个 PCB 上。如果环境允许，可能不需要外壳。厚的保形涂层可提供防潮保护。可能需要静电屏蔽以提高信噪比。

通常，无芯传感器具有出色的线性度，因为没有芯饱和效应。此外，它们的频率响应可以超过 100kHz。三相传感器 下一个降低成本的进程是使用三相传感器。对于 coreless，这尤其有吸引力。它还节省了 2 个连接器，因为只需要一个 3 相连接器。传感器可以布置在单个 PCB 上。如果环境允许，可能不需要外壳。厚的保形涂层可提供防潮保护。可能需要静电屏蔽以提高信噪比。

图 3：带屏蔽的三相无芯 PCB ~ 20%

现在成本下降到不到三分之一。组件可以非常紧凑——也许完全集成到速度控制器中。

降低成本的三相传感器

磁场传感器阵列背后的原因是提供对杂散外部磁场的良好免疫力。它还使传感器在很大程度上不受导体位置的影响。现在，如果导体位置是固定的，并且除了电机馈电之外没有其他附近的导体，则可能不再需要传感器阵列。每个相的单个磁场传感器可能就足够了。相位之间会有串扰，但这是系统性的，因此可以用合适的算法进行补偿。

图 4：带屏蔽和补偿的三相无芯 PCB ~ 15%

此选项可以进一步降低成本。此选项的缺点是可能需要相当复杂的校准过程。然而，一旦算法完全开发出来，校准过程将完全自动化。最终结果是与电流感测相关的硬件变得微不足道。

系统设计

像许多简单的系统一样，需要仔细设计以确保必要的性能。Raztec 拥有多年的电流传感设计技能，他们的设计合作伙伴 Pewatron 拥有经验丰富的专家，是为特定应用提供咨询的绝佳位置。供应合作伙伴提供范围广泛的磁场传感器可供选择，并且熟悉汽车行业或其他类似应用领域所需的关键供应方面。因此，客户特定的解决方案非常受欢迎，工程师越早参与，解决方案就越能满足需求。