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新一代电动汽车集成电流检测的高性能牵引逆变器

FINEST将Melexis Hall和IMC-Hall电流传感技术直接集成到逆变器控制板上,以优化电力输送,最大限度地提高电池效率,并扩展电动汽车的续航里程。

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新一代电动汽车集成电流检测的高性能牵引逆变器

作为全球汽车原始设备制造商(OEM)的前沿技术合作伙伴,FINEST 提供了对新一代电动汽车至关重要的高性能牵引逆变器。由于逆变器的性能直接影响到电池动力向电动机传输的效率,因此精确的电流检测对于最大限度地减少能量损耗、限制发热以及维持稳定的电机控制至关重要。在实际运行工况下,这些效率的提升能够将可用电池能量的利用率最大化,从而支持更长的续航里程,并帮助汽车制造商满足消费者对日常实用性的期望。确保这些部件能够实现大规模的无缝制造和部署,使其得以顺利整合到汽车行业现代化的数字供应链中。

安全、效率与传感器选择
随着电动汽车逆变器平台迈向更高产量的规模化生产,电流检测所支持的已不仅仅是精确测量本身。它还必须帮助制造商在车主日常依赖的车辆中,实现高效的动力总成性能、稳定的电机控制以及长期的可靠性。对于 FINEST 而言,这意味着所选择的检测技术必须在成本、占用空间以及包括极端温度变化、电气噪声和全生命周期要求在内的实际运行工况下,平衡好稳健的性能。

迈莱芯(Melexis)的传统霍尔(Hall)和 IMC-Hall® 技术支持了这一关键的平衡,帮助 FINEST 在大规模应用中保持可靠的逆变器性能。通过助力高效的电力输送和减少能量损耗,这些传感器确保了为终端用户提供一致、灵敏的驾驶体验,同时有效应对了高功率汽车电子设备固有的散热挑战。

板级集成与架构优化
汽车行业正加速从笨重的模块化电流检测向逆变器控制板直接集成转变,因为设计人员希望降低系统成本、缩减物理空间并减少整体组件的复杂性。通过将迈莱芯电流传感器直接集成到 PCB(印刷电路板)上,逆变器设计人员可以简化其硬件架构,同时在严苛的运行环境中保持稳健的测量性能。

迈莱芯电流传感器的设计旨在抵御电气噪声、热漂移和机械应力的影响,帮助设计人员避免通常与更紧凑集成相关的工程折中与妥协。结合迈莱芯工程团队紧密的现场技术支持,该方案在海量产量的逆变器平台上实现了高效部署和系统级优化。这种无缝的硬件级遥测提供了精确、高带宽的数据流,最终反馈至更广泛的汽车数据生态系统中,用于全车队的诊断和预测性动力总成分析。

补充背景
本节详细介绍了未包含在原始产品公告中的技术规格和竞争基准

在竞争激烈的电动汽车动力总成市场中,牵引逆变器内部的电流检测主要通过三种方法实现:分流器(Shunt)检测、传统的带磁芯霍尔模块,以及无磁芯表贴式(SMT)霍尔或磁阻(AMR/GMR)传感器。
  • 分流电阻器: 虽然能提供高精度和线性性能,但在应对现代牵引电机所需的数百安培电流时,会引入寄生能量损耗并产生大量的热开销,同时还需要外部电流隔离电路。
  • 传统的带磁芯霍尔模块: (例如莱姆 LEM 的产品)虽然提供了隔离,但体积大、重量重,并在高密度 PCB 上带来了机械集成方面的挑战。
IMC-Hall® 技术优势对比
迈莱芯的 IMC-Hall®(集成磁集中器)技术通过将非接触式磁检测的优势与表面贴装的外形尺寸相结合,直接解决了上述权衡难题。与需要外部屏蔽罩来对抗邻近高压母线产生的严重磁杂散场的标准无磁芯霍尔传感器不同,IMC-Hall® 架构利用了芯片级磁集中器。

在竞争激烈的电动汽车动力总成市场中,牵引逆变器内部的电流检测主要通过三种方法实现:分流器(Shunt)检测、传统的带磁芯霍尔模块,以及无磁芯表贴式(SMT)霍尔或磁阻传感器。这几种技术在空间占用、能量损耗和抗干扰能力上各有其优缺点与折中:

首先,分流电阻器(Shunt)虽然空间占用小、抗杂散场干扰能力优秀,但在应对现代牵引电机所需的数百安培电流时,会引入严重的寄生能量损耗并产生大量的热开销,同时其本身不具备隔离功能,必须额外配备外部电流隔离电路。

其次,以莱姆(LEM)为代表的传统的带磁芯霍尔模块虽然通过笨重的磁芯实现了优秀的抗干扰能力和自带隔离,但其体积大、重量重,给高密度 PCB 的机械集成带来了极大的挑战。

再者,标准无磁芯霍尔传感器虽然同样具备小巧轻便、发热低的优势,但其致命缺点是杂散场免疫力较差,在复杂的电磁环境下必须在外部额外加装铁氧体屏蔽罩。

为了直接解决这些难题,迈莱芯的 IMC-Hall®(集成磁集中器)技术应运而生。它将非接触式磁检测的优势与表面贴装的外形尺寸相结合,不仅实现了极小、极轻的板级(PCB)直接集成,而且保持了极低的能量损耗与发热。最关键的是,该架构利用芯片级磁集中器将磁通线方向从平行改变为垂直,使传感器无需外加任何昂贵的屏蔽罩,就能展现出优秀且高效的芯片级抗干扰能力。

该架构将磁通线的方向从平行于芯片改变为垂直于芯片,从而使传感器无需依赖笨重且昂贵的铁磁屏蔽罩,即可实现高信号噪比和卓越的外部杂散场免疫力。

应对热漂移与机械应力
将电流检测直接迁移到逆变器控制板上的主要工程挑战,在于如何管理在 -40 °C 至 +150 °C 的汽车级工作温度范围内发生的严重热漂移和机械应力。PCB 的热胀冷缩会给表面贴装外壳引入机械应力,从而导致传感器输出中出现由压阻效应引起的偏置误差(Offset errors)。

技术实现:
迈莱芯通过先进的片上数字温度补偿算法和应力隔离封装技术缓解了这一问题。这确保了在车辆的整个生命周期内,传感器都能保持稳定的磁灵敏度曲线和极低的零电流偏置漂移,从而完美留存了空间矢量脉宽调制(SVPWM)和动态电机控制所需的精确相电流跟踪。

由Evgeny Churilov撰写,Induportals媒体-由AI改编。

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