【应用】如何快速主动地保护汽车电瓶？试试这款霍尔电流传感器吧

时间： 2017-02-22 来源：世强作者：在路上

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【摘要】针对汽车电瓶负荷越来越重而导致耗电快、电池寿命缩短甚至引发汽车自燃等现象。通常采用快速、主动的方式来保护电瓶。对此，本文分析了MELEXIS的霍尔电流传感器芯片MLX91206用于电瓶保护的优势所在。MLX91206的偏移、敏感度、钳位电平等传输特性是完全可编程的，采用非接触式的霍尔原理实现电流检测，且有多种灵敏度版本的型号可选，是保护汽车电瓶的不二之选。

汽车电瓶负荷重竟然会导致汽车自燃

汽车上电子设备的增多使得汽车电瓶的负荷越来越重。如前装电子设备和后装的用电器（行车记录仪、空气净化器、加湿器，甚至大功率的逆变器等）。如此众多的用电器，如果同时工作，那么消耗的电能和电瓶输出的电流是非常大的，并且如果其中某一个用电设备内部短路(或因线路老化而发生短路)，由于电瓶内阻很小，导致母线电流急剧增大（电流高达几百安培），这会使电瓶发热、使电解液很快蒸发，电量将很快被消耗掉，降低电瓶的容量、缩短其使用寿命，甚至提前报废，更严重的后果可能导致汽车发生自燃，造成人身及财产重大的损失。下图1是自燃后的汽车图片：

图1：自燃后的汽车

如何快速主动地保护汽车电瓶？试试这款电流传感器吧！

尽管汽车电子系统里面都有各种的保护电路和器件，如保险丝、自恢复保险丝、压敏电阻、TVS等。世强也有力特的汽车电子保护器件。但这种保护是被动的，对于汽车电瓶保护来讲，需要快速的主动保护。这里推荐Melexis的霍尔电流传感器MLX91206，用于实时监测从汽车电瓶母线上流过的电流，下图2是汽车电瓶保护电路图：

图2：汽车电瓶保护电路图

Melexis的MLX91206跨在连接电瓶输出与负载之间的铜板上（下图3是图2中红色虚框中的MLX91206CAH高灵敏度版本的电流传感器模块实物图），铜板上流过电流产生磁力线，经芯片内部的IMC（集磁片进行汇聚，将平行磁力线变成垂直磁力线），内部的霍尔盘将其转换为相应的电压信号，再经放大、模数转换和滤波输出（输出信号有模拟和PWM可选）到MCU，MCU处理后进行判断，如检测到母线电流超过某一个阈值，就发出关断指令驱动功率MOSFET将电瓶和后端负载切断，从而达到主动保护电瓶的目的。

图3：MLX91206电流传感器模块的实物图

Melexis的霍尔电流传感器芯片MLX91206用于电瓶保护的优势：

1）采用非接触式的霍尔原理实现电流检测，母线和传感器可以做到电气上的隔离，安全。

2） MLX91206的偏移、敏感度、钳位电平等传输特性是完全可编程的，这样在应用时，可根据实际情况进行调整，非常灵活。输出方式可以选择模拟或者PWM(可提高EMC性能)。高速应用场合可以使用线性模拟输出，其反应时间8微秒，而保险丝的反应时间在毫秒级，这一关键特性对于电瓶保护系统的快速响应是非常有利的。可将因短路而产生的安全隐患扼杀在萌芽状态。

3） MLX91206有多种灵敏度版本的型号可选，低灵敏度磁场强度范围-10到10mT，高灵敏度磁场强度范围在-25到25mT，并且其非线性误差精度高达0.5%FS，如下表：

表1：MLX91206多种灵敏度版本参数

由于汽车在启动瞬间的启动电流非常大，汽油机的启动电流可达200到600A，而柴油机可达800A以上。为了防止误动作，可以选择高灵敏度版本的型号MLX91206LDC-CAH，在传感器电流检测量程设计上，我们可以留一定的余量，可按照如下其计算公式来计算：

（其中W为屏蔽罩的宽度，B为磁场强度）

磁感应强度B最佳的目标值是25mT。在大电流的应用中，屏蔽罩可能变得相当宽(在I=800A时，要求W为40mm)。因此，一些额外的设计技巧需要考虑。为了最佳的磁感应强度与机械性能，母线与屏蔽罩的尺寸应该相当。具体讲，屏蔽罩内部的宽度不应该超过母线宽度的1.5倍。一个宽的屏蔽罩包围一个窄的母线达不到预期的效果。更详细的设计可参考 CURRENT SENSORS REFERENCE DESIGN Guide Application Note

4） MLX91206芯片内部集成温度传感器，自身提供温度输出，可用于监控芯片自身的温度，间接检测PCB和铜板的温度，从另一个方面判断母线上是否有过流而发热的问题。加之其工作温度范围从-40度到150度。就算将该电流传感器模块安装在密闭的引擎盖里面，都不用担心其出现失效问题。

综上所述，Melexis的这款霍尔电流传感器MLX91206，具有非常不错的性能优势，用在汽车电瓶保护系统或其他的电流检测应用场合，都是非常不错的选择。如需MLX91206芯片样品和相关的设计资料，请与世强联系。

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