전기 자동차 시장은 전 세계적으로 매우 빠르게 성장하고 있습니다. 2030 년까지 전 세계 전기 자동차의 수는 1 억 2,500 만 대에이를 것으로 추정되며 전기 자동차 (EV) 및 하이브리드 시장의 글로벌 시장입니다. 트랙션 인버터, 온보드 충전기 (OBC), DC-DC 컨버터 및 배터리 관리 시스템 (BMS)과 같은 HEV / EV 파워 트레인 하위 시스템에서 에너지 흐름을 제어하고 효율성을 최적화하려면 정확하고 정확한 전류 측정이 필수적입니다. 이러한 고전압 하위 시스템은 높은 공통 모드 전압에서 큰 전류를 측정해야합니다. 기술 및 규제상의 이유로 전류 측정에는 열악한 자동차 환경에서 매우 높은 성능과 절연이 필요합니다.
인도에서 전기 자동차의 일반적인 구성은 다음과 같습니다.
i) 이륜차
- 배터리 팩 전압 = 48V, 72V
- 1kW, 2kW 모터
ii) 3 륜차
- 배터리 팩 전압 = 48V, 72V
- 2kW, 4kW 모터
iii) 4 륜차 및 버스
- 배터리 팩 전압 = 72V, 400V, 600V
- 20kW ~ 300kW
전기 자동차를 안전하게 만드는 핵심 기능 중 하나는 데이터를 수집하고이 데이터를 기반으로 로컬에서 빠른 피드백 조치를 취하는 것입니다. 매우 중요하고 안전에 중요한 데이터 포인트 중 하나는 전기 자동차의 다양한 하위 시스템에 흐르는 전류입니다.
전기 자동차 의 전류 감지는 아래와 같이 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
1. 실시간 과전류 보호
- 트랙션 드라이브:
- 배터리 보호 회로:
2. 시스템 최적화를위한 전류 및 전력 모니터링
- 배터리 측정
- 시스템 전력 소비
- 파워 스티어링
3. 폐쇄 루프 회로의 전류 측정
- 모터 드라이브 응용:
- DC / DC 컨버터
다음은 전류 감지 애플리케이션을위한 TI의 다양한 솔루션에 대한 개략적 인 개요입니다. Y 축은 전류가 감지되는 레일의 공통 모드 전압이고 X 축은 측정중인 전류의 실제 진폭입니다.
위의 그림에서 볼 수 있듯이 전류는 작은 션트 저항의 전압을 통해 감지되거나 도체를 통해 흐르는 동안 전류에 의해 생성되는 자기장을 측정하여 측정 할 수 있습니다. Ti에서는 위에서 언급 한 두 가지 방법을 사용하여 전류를 측정하는 솔루션을 제공합니다.
전류 감지 애플리케이션을 위해 TI에서 제공하는 솔루션 목록은 다음과 같습니다.
전류 센서의 각 사용 사례를 좀 더 자세히 살펴보고 TI에서 사용할 수있는 적절한 솔루션을 살펴 보겠습니다.
1. 실시간 과전류 보호
이 사용 사례는 일반적으로 안전 측면에서 EV에서 볼 수 있습니다. 배터리는 오류 발생시 많은 양의 전류를 방전 할 수 있으므로 실시간 오류 모니터링 회로를 갖는 것이 매우 중요합니다. 이러한 회로의 속도와 정확도는 전류 감지 증폭기의 장점입니다. uC의 대역폭이 제한된 경우에 따라 아날로그 전류 값을 샘플링하여 과전류를 감지하기 위해 디지털 값을 비교 한 다음 디지털 값으로 변환하면 보호 회로에 엄청난 지연이 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위해 TI는 임계 값을 설정할 수 있고 uC의 인터럽트 핀에 직접 공급하여 uC의 과부하를 크게 줄일 수있는 통합 비교기를 갖춘 전류 감지 증폭기를 개발했습니다.
과전류 보호를위한 TI의 솔루션은 다음과 같습니다.
이 사용 사례의 아주 좋은 예는 아래와 같이 전류 감지 증폭기를 E 퓨즈로 사용하는 것입니다.
2. 시스템 최적화를위한 전류 및 전력 모니터링
전류 및 전력 모니터링은 일반적으로 배터리의 총 전류 소비를 모니터링하기 위해 전기 자동차 시스템에서 구현되므로 쿨롱 카운팅과 같은 알고리즘을 사용하여 차량 배터리에 남아있는 충전량에 대한 실시간 정보를 운전자에게 제공합니다. 위의 사용 사례 외에도 차량의 전류 모니터링은 파워 스티어링, 파워 윈도우 및 유사한 영역과 같은 다양한 하위 시스템에서 활용됩니다. TI는 전류 및 전력 모니터링과 관련하여 광범위한 포트폴리오를 보유하고 있습니다.
위에서 언급했듯이 주요 초점 영역 중 하나는 쿨롱을 계산하고 남은 배터리 수명 / 충전량을 계산하기 위해 배터리 팩에 들어오고 나가는 전류를 조사하는 것입니다. TI의 INA299는 높은 수준의 무결성과 높은 정밀도 및 낮은 대기 전류 소비로 인해 이러한 애플리케이션에서 두드러집니다. INA299를 사용하는 BMS의 일반적인 상위 레벨 블록 다이어그램을 아래에서 볼 수 있습니다. 자세한 내용과 백서는 ti.com의 INA299 제품 폴더를 참조하십시오.
3. 폐쇄 루프 회로의 전류 측정
전기 자동차에서 사용할 수있는 여러 전압이 존재하기 때문에 전원 공급 장치 트리에 벅 및 부스트 컨버터의 전체 조합이 존재한다는 것을 알 수 있습니다. 일반적인 전기 자동차에서 매우 눈에 띄는 전원 공급 장치 블록 중 일부는 온보드 충전기, BLDC (트랙션 모터 드라이버), 48V ~ 12V 컨버터 등입니다. 이러한 모든 고 와트 전원 공급 장치의 제어 루프는 uC, 측정을 사용하여 실행됩니다. 높은 정확도의 낮은 지연 전류는 피크 전류 제어 루프를 구현하는 데 가장 중요합니다. 이러한 애플리케이션의 경우 스위칭 전류를 측정하기 위해 대역폭이 매우 높은 전류 센서가 필요하며, 제어 장치가 빠른 조치를 취하기 위해서는 출력 전류가 필요합니다.모터 드라이브 제어에 사용되는 이러한 전류 센서의 또 다른 하이라이트는 센서가 고주파에서 공통 모드 노이즈를 제거하는 기능 (PWM 제거)입니다.
예를 들어 INA253은 업계를 선도하는 93db CMRR @ 50khz로이 애플리케이션에서 탁월합니다. 아래는 인라인 전류 감지 애플리케이션에 사용되는 일반적인 회로도입니다.
Texas Instruments는 고정밀 션트와 함께 사용할 때 온도에 대해 매우 정확한 절연 전류 측정을 달성하는 데 도움이되는 동급 최고의 절연 증폭기 및 절연 변조기를 제공합니다. TI는 AMC 시리즈로 명명 된 새로운 범위의 절연 전류 감지 증폭기를 출시했습니다.이 증폭기는 2kVrms 튜닝에 대한 절연 장벽으로 설계된 높은 정확도로 전류를 측정하는 데 도움이됩니다.
TI는 엔지니어가 전류 감지 증폭기로 전류를 측정 할 때 달성 된 성능을 극대화하는 방법을 배우는 데 도움이되는“ 전류 감지 증폭기 시작하기 ”에 대한 딥 드라이브 교육 모음을 보유하고 있습니다. 이것은 각각 다른 주제를 다루는 일련의 짧은 비디오입니다.
전체 교육은 세 부분으로 나뉩니다.
- 기초
- 오류 소스 이해
- 고급 주제
링크를 따라 가면 모든 TI 교육 비디오에 액세스 할 수 있습니다.