Crocus Technology非接触式隔离电流传感器CT45x系列满足EV三相电机要求，性能为传统方案的10倍

波士顿咨询集团预测，到2026年，电动汽车将占所有轻型汽车销量的一半以上。市场竞争和日益严格的环境法规意味着这些车辆必须变得越来越高效。这也表示需要高效的动力总成。

动力总成设计对EV续航里程和驾驶性能有直接影响。据特斯拉称，如果将电机效率提高8%至10%，续航里程将提高15%至18%。电机效率越高，电动汽车在路上行驶的时间就越长。

效率是游戏的名称

电动汽车正在全面推动技术创新。精确的电流传感器和智能MCU与实时控制相结合，可减少延迟并提高电机控制回路的准确性，从而实现平稳的速度和扭矩转换。通过减少谐波失真，提高电气效率和范围。电机振动和转矩脉动也是如此，这有助于防止带来驾驶不舒适。牵引逆变器的功率密度和效率允许集成各种动力总成功能，并最终增加每次充电的续航里程。

监测和控制EV动力总成的运行至关重要，这些设备可确保以更低的成本实现一致、改进的性能。正如SkyQuest指出的那样，“电动汽车行业已成为电流传感器的重要消费者，这在很大程度上得益于有利的政府法律和更显着的技术改进。”

这些传感器确保牵引逆变器的性能始终如一，这是EV动力系统的基石。任何关于效率的讨论都从这里开始。由于逆变器将电池直流电转换为电机的交流电，所以逆变器的效率越高，电池的续航里程就越大。这些牵引逆变器——特别是100A至1000A的大功率逆变器——对于EV的加速和稳定速度至关重要。

在逆变器中，三相全桥驱动器将直流电池电压转换为三相交流电压。这种逆变器“控制回路”需要高带宽的电流传感器来提高精度，并最大限度地提高电机扭矩和整体电机效率。具有快速响应时间的高侧电流传感器还可以在从电机相位到系统接地节点的短路情况下实现过流保护。要求是满足HEV逆变器应用的电压隔离、>200A负载电流和高带宽要求。

BEV、PHEV和HEV

电动汽车有多种类型：

• 混合动力电动汽车(HEV) 采用发动机和带有小型/中型电池的电动机。当汽车达到指定速度时，发动机接管工作。其中一个版本，轻度混合动力电动汽车，仅使用电力来制动和停止。

• 插电式混合动力汽车(PHEV) 具有传统发动机和可充电电池。他们的大电池需要几个小时才能充电，并且比仅靠电力的HEV可以行驶更长的时间。

• 纯电动汽车(BEV) 是完全电动的，配备大电池。

最大的架构变化来自于从HEV到PHEV的转变。这就是外部电源——来自电网，可能来自车主家中的插座——现在进入车辆的地方。从插座接收交流电 (AC) 意味着车辆必须有一个插座，连接到车载充电器 (OBC)，将电能转换为直流电 (DC) 以为电池充电。当电池为车辆中的设备供电时，电源保持直流，但需要逆变器转换为交流电以为电动机供电。

闭环传感器

如前所述，逆变器控制回路需要高带宽电流传感器来提高精度，并最大限度地提高电机扭矩和整体电机效率。为实现这一点，闭环传感器绕过了开环，因为它们在输出端增加了次级绕组。虽然闭环霍尔传感器提供了许多技术优势，但其复杂性和成本使得该解决方案对EV逆变器没有吸引力。

霍尔效应传感器传统上用于EV逆变器，该逆变器采用围绕接触器母线或输出馈线的磁通环或集电极。这些传感器在初级和次级电路之间具有隔离功能，但具有更高的滞后和温度漂移——对于EV应用来说并不理想。

此外，为了最大化带宽和响应时间，霍尔传感器不能应用偏移和温度漂移的补偿机制。这会产生在温度变化下性能有限的传感器。

这导致了多个弱点：低带宽、迟滞、输出漂移和温度非线性。随着系统性能下降，它开始增加校准以保持性能。此外，核心导致相对较大的尺寸和重量。

当今EV动力总成的要求意味着霍尔环形通量集中器的时代即将结束，因为更简单、无芯、非接触式电流传感器成为下一代逆变器的标准。为了达到合适的性能，这些传感器需要隧道磁阻 (TMR) 的性能。 

TMR

TMR是最新的磁传感器技术，具有不易受温度变化影响的固有优势，同时提供极高的磁灵敏度和高信噪比。

这种新的首选解决方案的其他优势包括高信噪比 (SNR)、低功耗、可编程过流检测和故障引脚、双向感应以及确保安全的高压隔离。

多功能TMR技术解决方案可为EV电机控制等要求严苛的应用提供高端性能，并可将其整合到现有设计中以提高性能，同时降低总体解决方案成本。最后，TMR比传统解决方案简单得多，减少了组件数量，减少了对供应链的依赖。

尽管全球许多传统霍尔传感器公司由于其更高级别的性能优势，开始在其产品组合中采用基于TMR的产品，但并非所有解决方案都是平等的。Crocus Technology专注于TMR技术，基于 XtremeSense® TMR生产出具有卓越性能的传感器。与其他磁性技术相比，XtremeSense®TMR提供了最高精度、低功耗、高带宽、高灵敏度、温度稳定性、低噪声和最小尺寸。

防护

非接触式电流传感器将检测附近载流导体的磁场，使其容易受到杂散磁场的影响。这些场可能是霍尔效应传感器的克星，会减慢响应时间并在系统中增加非线性误差。

一种流行的解决方案是使用具有高导磁率的昂贵金属合金来屏蔽传感器。这些昂贵且笨重的合金屏蔽层不仅可以最大限度地减少或消除外部磁场，还可以重定向传感器上的有用磁场。如果尺寸或间距不当，这种屏蔽同样会影响电流导体产生的磁场，并会扭曲其测量结果。

Crocus Technology XtremeSense® TMR传感器具有出色的杂散磁场抗扰度，无需竞争解决方案所需的屏蔽。这种TMR传感器有固定的磁参考层、绝缘体和跟随外场的磁感应层。铁磁层的磁化方向很重要，因此电子可以穿过绝缘体，从而导致惠斯通电桥中的电阻不平衡。结果是传感器具有固有的良好信噪比 (SNR) 和跨温度稳定性。

为了优化性能，将TMR传感器放置在母线上，并使用母线的横截面尺寸（长度、宽度和厚度）以及传感器和母线之间的气隙距离来调整其电流传感范围。TMR传感器和母线之间的间隔距离被定义为“气隙”，最小化气隙将增加感应范围，但也会最小化电压隔离。

串扰

汽车牵引逆变器越来越紧凑，功率越来越大。有限的空间、越来越近的母线串扰、高压快速开关引起的EMI噪声是需要解决的挑战。

Crocus TMR在串扰方面也优于Hall。它的U形（带差分传感）和直母线（带均匀场传感）解决方案与典型的母线槽（差分传感）霍尔解决方案一起进行了研究。

Crocus CT452、450和霍尔效应的串扰研究有3个母线和3个传感器，只有一个母线承载电流。Bx、By和Bz磁场分量由位于载流母线顶部的主传感器和位于载流母线旁边的相邻传感器测量。

差分霍尔效应传感器研究： 

信号范围：2.34mT

串扰：0.35mT

信号串扰比 (SCR) 为14.95%

非差分传感器CT450

信号范围：26.49mT

串扰：0.69mT

信号串扰比 (SCR) 为 2.60%

差分传感器CT452

信号范围：6.9T

串扰：0.005mT

信号串扰比 (SCR) 为0.07%

总之，Crocus TMR 在串扰应用（如电动汽车中的三相牵引逆变器）方面具有优势。

Crocus TMR设计为具有低交叉轴灵敏度，并且由于灵敏度的平面轴而具有固有优势。（下图）

具有差分传感功能的CT452意味着其设计具有>50dB的共模场抑制，并采用U形母线设计，在其已经内置的低串扰轴灵敏度的基础上最大限度地减少了串扰。

此外，Crocus CT452和CT450还提供非接触式电流感应选项。CT452 需要U形母线，无需软件补偿。CT450需要简单的直母线和软件补偿。

非接触式电流传感器为HEV/BEV/PHEV应用的电机控制逆变器提供紧凑、坚固、灵活和经济的解决方案，旨在提供 PCB上5~100A和汇流条上高达1000 A的电流监测。

结论：根据数字

EV电池功率密度不断增加，以适应更长的行驶里程。随着电流的增加，精确测量需要新的传感器技术。传统的电流传感器不能满足精确电流测量、高灵敏度、高CMFR、低功耗和紧凑设计的需求。

TMR传感器 - 具有更高的SNR、更好的温度稳定性、高线性度、低功耗 -由于不需要屏蔽，因此可以封装在更小的区域中。感测电流范围可通过母线尺寸进行调整，使其非常适合各种EV BMS电流要求。

Crocus TMR CT452和CT453传感器提供0.7%的非接触式精度、1 MHz 带宽和优于-50 dB的外部磁场抗扰度，无需额外的机械组件。这种性能和精度还减小了产品尺寸和重量，使客户能够更换大型且昂贵的电流检测模块。

CT45x系列的XtremeSense TMR技术提供了一种高SNR的非接触式方法，可根据系统要求进行扩展。这允许使用单个CT45x传感器的不妥协的简单解决方案。例如，CT45x能够测量低至500mA的分辨率和高达1,800 A的电流，同时保持优于0.7%的精度。

CT45x提供低至0.55 mV RMS的突破性噪声性能，使应用能够感测通过母线的小电流水平和电流的微小变化或变化。（此性能几乎是现有霍尔效应解决方案的10倍。）这导致CT45x测量的SNR高达77 dB，这使系统能够以更高的精度处理更高分辨率的数据。

Crocus Technology是颠覆性TMR XtremeSense®传感器的领先供应商。其CT45x系列非接触式隔离电流传感器非常适合满足严格的EV三相电机要求，在紧凑、简单的解决方案中提供高精度和大电流测量。