今天，我們看到向綠色能源的過渡加速，這轉化為交通系統的逐步電氣化，以及隨之而來的道路上電動汽車數量的增長。電動汽車能否成功取決于兩個關鍵因素，即減少電池方面的里程焦慮，并根據電池健康狀況和充電狀態以及逆變器在系統級別提供準確的信息。這有助于降低成本，實現更高效的動力總成設計。在這兩種用例中，精確的電流傳感器都發揮著重要作用。

電子行業也有一場競賽，以降低任何組件的成本和占地面積，包括電流傳感器。對更小、更便宜的傳感器的需求加速了碳化硅功率模塊的采用，因為它們能夠應對更高的電壓水平和功率密度，從而實現更好的系統效率。

LEM 的電流感應解決方案

LEM 是一家成立于 50 年前、總部位于日內瓦的公司，一直涉足電流傳感業務，一直在開發其專有技術。LEM 集成了全方位的活動，包括設計、測試和制造。

LEM 全球產品管理副總裁 Bastien Musy 說：“可以公平地說，今天，LEM 是電流傳感領域唯一的純玩家。” “許多公司生產當前的傳感器，但它們通常是大公司的一部分。”

LEM 提供的傳感器范圍從非常小的電流水平到數千安培，涵蓋范圍非常廣泛的應用，包括工業和汽車驅動器、用于充電基礎設施的傳感器和直流電表、用于醫療應用和測試臺的高精度設備、汽車電池管理系統等等。

電流傳感器廣泛用于逆變器應用，通常采用開環測量技術。由于需要鐵氧體磁芯，因此在減小器件的占位面積方面存在潛在限制。LEM 新推出的電流傳感器 HOB-P 是一個很好的例子，它說明了如何減小鐵氧體磁芯的尺寸，同時保持客戶應用所需的相同性能水平。HOB-P 具有混合架構，因為它包括一個有源組件（帶有鐵氧體屏蔽的 ASIC）和一個無源組件，它是一個集成在 PCB 上的拾波線圈（參見圖 1）。

這種混合解決方案背后的主要思想是通過拾取線圈提高頻率——在這種情況下，高于 1 MHz。如果我們只有鐵氧體，我們將無法將頻率提高到如此高的水平。在這種特定情況下，提高頻率的原因基本上是為了實現快速開關頻率，在逆變器設計中利用基于 SiC 的功率器件特性。

“我們正在努力解決開環架構的局限性，而 HOB 就是我們如何將我們的專業知識應用于創新產品的一個例子，”Musy 說。

圖 1：HOB-P，一種混合換能器（來源：LEM）

鐵氧體的尺寸顯然是測量電流水平的函數。在這種情況下，HOB-P是一種傳感器，標稱測量值高達150 a，最大測量值高達250 a。響應時間很短，小于200 ns。在這里，我們討論的是一種開環技術，它本質上比閉環技術提供更低的響應時間。

碳化硅在逆變器中的廣泛應用將導致工作電壓的增加。

穆西說：“我們看到汽車制造商正在逐步從400伏架構轉向800伏架構，以減少給定功率水平下的線束尺寸。”。“此外，朝著更高工作電壓的方向發展使充電時間更快，因此我們正在升級我們的產品組合。”

快速充電需要直流計量，這是相對較新的東西。在這里，LEM開發了一種直流電表，可向充電站提供準確的信息，并允許向最終消費者計費。然而，測量直流電并不像測量交流電那么容易。由于一直到連接到電池的插頭都有功率損耗，因此必須校準測量設備。必須校準傳感單元，以補償所有這些特性以及連接長度，以便向用戶提供最準確的信息。

“我們正在創新的另一個領域是剩余電流監測和剩余電流檢測，”穆西說。“剩余電流檢測對于保護個人至關重要，LEM提供了一種在發生故障時關閉系統的產品，即在電纜或車輛車載充電器中檢測到電流泄漏。”

太陽能是電流傳感器的另一個相關市場。在這里，LEM提供為太陽能應用而設計的產品，如逆變器、變流器和剩余電流檢測器。

穆西說：“我們還參與了配電，我們正在提出監測電網負荷的解決方案，特別是在中低壓電站。”。

傳統上，電網的結構基本上是朝一個方向發展，從生產商到分銷商，再到最終消費者。如今，分布式能源在市場上越來越受歡迎，優化了整個電網的輸入和輸出流量。電網必須應對充電基礎設施所需的高峰值功率。LEM也通過提供羅氏線圈傳感器在該市場上出現。

Rogowski線圈（見圖2）是一種靈活的分芯交流電流傳感器，插入配電盤的電纜中，使市政、公用事業或建筑管理公司能夠實時監測當地配電網。該技術提供了極好的成本靈活性權衡，非常適合改裝現有裝置。

圖 2：LEM ARU 系列交流電流傳感器（來源：LEM）

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