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汽车电气化革命:高效电流传感器与智能控制器解决方案

关键词:电流传感器 智能控制器

时间:2024-06-21 10:16:51      来源:网络

随着汽车行业全面拥抱电动汽车(EV)的浪潮,传统的燃料来源和动力系统正经历着一场颠覆性的变革。这一转型不仅推动了充电基础设施的快速发展,同时也对车辆性能、生产效率及成本控制提出了新的挑战。在诸多挑战中,一个不容忽视的关键领域便是高性能电流传感器与控制器的需求。

随着汽车行业全面拥抱电动汽车(EV)的浪潮,传统的燃料来源和动力系统正经历着一场颠覆性的变革。这一转型不仅推动了充电基础设施的快速发展,同时也对车辆性能、生产效率及成本控制提出了新的挑战。在诸多挑战中,一个不容忽视的关键领域便是高性能电流传感器与控制器的需求。在这一背景下,Melexis(迈来芯)凭借其深厚的技术积累和创新能力,推出了一系列高性能的电流传感器与控制器解决方案。这些产品不仅满足了电动汽车行业对电流监测与控制的严格要求,而且在可靠性、准确性和成本效益等方面均达到了业界领先水平。

电动汽车的电池运作效率至关重要

电动汽车发展的核心是高压系统,其电池的工作电压高达400V,下一代车辆的工作电压将达到800V,因此确保这些电池安全高效地运行至关重要。其中包括电动机和执行器,以及充电基础设施、加热器和电池管理系统(BMS),电流传感器则是这些系统的基本组成部分。器件需要在正常条件下运行,并提供准确的电流反馈,这对于电动汽车的高效运行相当重要。

BMS对于电池的安全高效运行起着关键的作用,这包括解释确保电池在安全范围内运行的参数,以及在充电/放电周期期间仔细平衡各个电池。在电动汽车中,BMS用于确定充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)等因素,这对于维护安全、估计充电时间和电动汽车续航里程是非常重要的功能。

电流传感器对于确保电动汽车电池保持在最佳运行条件也是相当关键的要素,典型的电动汽车电源组的理想工作温度范围为15℃至35℃,温度过高或过低,都会降低电池的效率,也就是会降低电动汽车的行驶距离。大多数电动汽车会结合使用PTC加热器、电动压缩机和风扇来管理热条件。电流传感器则为电池控制系统提供必要的反馈,以精确调节热交换系统。它们还提供诊断功能来识别异常操作条件(例如电流消耗过多)。


电动汽车充电口的功能性也相当关键

另一方面,汽车电气化的变革也催生了对汽车充电口的特殊需求。由于充电口的使用频率极高,它们不仅需要具备高可靠性,还需要能够清晰地向驾驶者显示充电状态。为了满足这些需求,越来越多的汽车制造商开始在充电口区域安装LED灯。

这些灯光不仅用于指示充电状态,还能通过简单的光效变化来提示任何可能的故障状态。这样的设计使得在充电连接点就可以为用户提供明确且直观的指示,使他们能迅速了解电池电量或是否有任何安全风险。

动力总成的电气化显着增加了汽车设计的复杂性,从而对最新的充电口设计提出了额外的功能性要求。这包括监测充电口盖的开闭状态,以及感知高压连接器的温度。

为了满足汽车电气化应用的多样化需求,Melexis精心推出了多款传感器与驱动器产品。这些产品凭借其卓越的功能特性,为电动汽车行业带来了前所未有的创新与发展。下面,我们将为您详细介绍这些产品的独特之处。


电流传感器:强化电池运作效率与安全性的关键要素

首先,Melexis推出的MLX91220是一款具有双重过流检测(OCD)功能的0-50A隔离式集成霍尔效应电流传感器IC,仅需5V电源供电。这款传感器IC实现了小尺寸、低阻抗、高带宽、隔离等功能的完美融合,同时保持了出色的常规性能,是市场上最简单的全集成电流传感器IC之一。

MLX91220能够直接感测流过封装引线框架的电流,最大限度地降低了热损失,使其更适用于多种标准解决方案。它支持两种测量模式,成比例模式可满足不同应用对输出电压按比例调整的需求,而固定模式(差分)则满足了使用参考电压的特定要求。

为了满足不同应用需求,Melexis还推出了MLX91221版本,该版本采用3.3V电源供电,特别适用于DC快速充电、AC壁挂充电箱/ICCB、车载充电(OBC)、DCDC转换等场景。

此外,MLX91230/MLX91231作为Melexis第三代电流传感器家族中的佼佼者,是智能霍尔电流传感器的代表。它们符合ASIL标准,能在单个芯片上同时测量电流、电压和温度三个物理量,并配备专用的32KB闪存,为安全应用提供了理想选择。其强大的诊断功能大大减轻了集成商在开发安全机制时的负担,包括内置的片上过流检测功能。

在精度方面,MLX91230在-40℃至125℃温度范围内具有±0.5%的精度,而MLX91231则更胜一筹,其精度高达±0.25%。同时,MCU支持的自动增益控制能够覆盖更宽的动态范围,板载闪存则支持定制软件部署和系统缺陷的广泛补偿。这两款传感器采用SOCI8封装,可直接连接到12V电池或通过本地互连网络(LIN)总线或UART进行测量和诊断。

MLX91230/MLX91231适用于直流电流感应,集成了IVT测量功能,内置微控制器并支持安全应用,是电动汽车电池管理和配电系统的理想之选。它们可应用于12V/24V电池传感器芯片、48V/HV电池管理系统,实现电池SoC、SoH和SoF监测,并适用于智能电池断开单元、电池接线盒、功率继电器元器件、激励保险丝、高压继电器或接触器与域控制器等多种场景。

此外,Melexis还推出了MLX91208,这是一款可编程的电流检测芯片,采用标准的SO-8封装。借助Melexis的专利IMC-Hall技术,它实现了极高的灵敏度,能够检测由电流产生的平行于芯片表面的磁感应强度,并提供高速模拟信号输出,响应时间仅为3µs。

MLX91208完全符合汽车级标准,特别适用于高达250KHz的隔离式直流、交流以及交直流的电流检测。其独特设计显著减少了芯片寿命内的漂移,确保了长期稳定的性能。此外,MLX91208的传输特性可以完全由客户进行编程,以补偿组装过程中可能产生的机械/磁路误差。

最后,MLX91218是另一款高速、高精度的IMC-Hall®电流传感器芯片,具备双重OCD功能、灵活的3.3V/5V电源电压以及高信噪比(SNR),有助于简化模块设计。它采用IMC-Hall®技术,利用灵活的U形屏蔽罩有效抵抗干扰,能够测量200A至2000A范围内的电流。其400kHz带宽和快速响应特性使其成为电机控制、逆变器和转换器等高速应用的理想选择。

为了进一步简化电流感应解决方案的设计和实施,Melexis还推出了电流传感器模拟器,利用IMC-Hall®技术帮助客户在器件和屏蔽的选择上做出明智决策。


开关和LED驱动控制器:灵活性与高性能的完美结合

Melexis推出的MLX92292是一款独特的霍尔开关,它不仅能够执行开关和锁存器功能,更能精确感知侧向磁场,突破了市场上只检测正交磁场的局限。这款控制器支持ASIL B安全完整性等级,符合ISO26262标准,内置的丰富诊断机制进一步增强了其安全性。其灵活的编程选项使得OEM客户可以根据需要选择预编程单元或利用行尾(EOL)编程功能,对每个器件进行个性化配置,实现系统优化的最大化。

MLX92292的3线TSOT或TO92封装模式以及3.3V至18V的宽工作电压范围,使其在多种应用环境中都能游刃有余。特别值得一提的是,其极低的功耗设计(通常仅7µA),非常适合电池供电的应用场景,尤其是在车辆发动机无法启动时,能有效减少电池电量的消耗。休眠时间作为可编程参数,进一步增强了其节能效果。

此外,Melexis还推出了MLX81118,这是一款集成LIN接口的智能24通道LED驱动芯片。它不仅满足ASIL(ISO 26262)标准,而且系统集成能达到ASIL B级,为电动车充电口提供了坚实的功能安全保障。MLX81118特别适用于氛围灯照明应用,其LIN接口符合多项国际标准,支持自动寻址,为系统集成提供了极大的便利。

MLX81118内置的智能微控制器单元(MCU)和闪存,不仅提供了系统设计的灵活性,也方便了后续的功能更新。通过16位的PWM(频率500 Hz),它可以精确控制LED的亮度,实现静态照明和基本动态LED光效。更值得一提的是,它还能对每个LED进行诊断,通过测量LED阈值电压来监测其温度,确保系统的稳定运行。

为了提升用户体验,MLX92292与MLX81118的结合使用显示出巨大的潜力。通过将MLX92292的霍尔传感器芯片输出连接到MLX81118的GPIO,充电口盖的位置状态可以实时通过LED驱动芯片的LIN接口被车辆车身域控制器(BDC)监测。这种智能集成不仅减少了与车辆BDC的连接数量,还使得充电口盖位置的变化能够直接触发LED的响应。

例如,在夜间或低光环境中,当充电口盖被打开时,MLX92292能够迅速检测到这一状态变化,并通过MLX81118激活周围的LED提供照明。这种智能响应确保了驾驶员在任何光照条件下都能清晰地看到充电口的位置,从而大大提升了用户体验。

结语

电动汽车的运作正在不断寻求更高效率,以便加快充电的时间、延长车辆的行驶距离,通过更高精度的电流测量,将有助于优化电流调节控制的系统,并通过更好的电池热管理来提高效率。Melexis推出的多种电流传感器与控制器,将可协助提升电动汽车的运行效率,值得电动汽车相关产品制造商进一步深入了解相关的产品信息。

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