汽車電氣化革命：高效電流傳感器與智能控制器解決方案

隨著汽車行業(yè)全面擁抱電動(dòng)汽車（EV）的浪潮，傳統(tǒng)的燃料來(lái)源和動(dòng)力系統(tǒng)正經(jīng)歷著一場(chǎng)顛覆性的變革。這一轉(zhuǎn)型不僅推動(dòng)了充電基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，同時(shí)也對(duì)車輛性能、生產(chǎn)效率及成本控制提出了新的挑戰(zhàn)。在諸多挑戰(zhàn)中，一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵領(lǐng)域便是高性能電流傳感器與控制器的需求。在這一背景下，Melexis（邁來(lái)芯）憑借其深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力，推出了一系列高性能的電流傳感器與控制器解決方案。這些產(chǎn)品不僅滿足了電動(dòng)汽車行業(yè)對(duì)電流監(jiān)測(cè)與控制的嚴(yán)格要求，而且在可靠性、準(zhǔn)確性和成本效益等方面均達(dá)到了業(yè)界領(lǐng)先水平。

電動(dòng)汽車的電池運(yùn)作效率至關(guān)重要

電動(dòng)汽車發(fā)展的核心是高壓系統(tǒng)，其電池的工作電壓高達(dá)400V，下一代車輛的工作電壓將達(dá)到800V，因此確保這些電池安全高效地運(yùn)行至關(guān)重要。其中包括電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行器，以及充電基礎(chǔ)設(shè)施、加熱器和電池管理系統(tǒng)（BMS），電流傳感器則是這些系統(tǒng)的基本組成部分。器件需要在正常條件下運(yùn)行，并提供準(zhǔn)確的電流反饋，這對(duì)于電動(dòng)汽車的高效運(yùn)行相當(dāng)重要。

BMS對(duì)于電池的安全高效運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用，這包括解釋確保電池在安全范圍內(nèi)運(yùn)行的參數(shù)，以及在充電／放電周期期間仔細(xì)平衡各個(gè)電池。在電動(dòng)汽車中，BMS用于確定充電狀態(tài)（SoC）、健康狀態(tài)（SoH）和功能狀態(tài)（SoF）等因素，這對(duì)于維護(hù)安全、估計(jì)充電時(shí)間和電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程是非常重要的功能。

電流傳感器對(duì)于確保電動(dòng)汽車電池保持在最佳運(yùn)行條件也是相當(dāng)關(guān)鍵的要素，典型的電動(dòng)汽車電源組的理想工作溫度范圍為15℃至35℃，溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)降低電池的效率，也就是會(huì)降低電動(dòng)汽車的行駛距離。大多數(shù)電動(dòng)汽車會(huì)結(jié)合使用PTC加熱器、電動(dòng)壓縮機(jī)和風(fēng)扇來(lái)管理熱條件。電流傳感器則為電池控制系統(tǒng)提供必要的反饋，以精確調(diào)節(jié)熱交換系統(tǒng)。它們還提供診斷功能來(lái)識(shí)別異常操作條件（例如電流消耗過(guò)多）。

電動(dòng)汽車充電口的功能性也相當(dāng)關(guān)鍵

另一方面，汽車電氣化的變革也催生了對(duì)汽車充電口的特殊需求。由于充電口的使用頻率極高，它們不僅需要具備高可靠性，還需要能夠清晰地向駕駛者顯示充電狀態(tài)。為了滿足這些需求，越來(lái)越多的汽車制造商開(kāi)始在充電口區(qū)域安裝LED燈。

這些燈光不僅用于指示充電狀態(tài)，還能通過(guò)簡(jiǎn)單的光效變化來(lái)提示任何可能的故障狀態(tài)。這樣的設(shè)計(jì)使得在充電連接點(diǎn)就可以為用戶提供明確且直觀的指示，使他們能迅速了解電池電量或是否有任何安全風(fēng)險(xiǎn)。

動(dòng)力總成的電氣化顯著增加了汽車設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而對(duì)最新的充電口設(shè)計(jì)提出了額外的功能性要求。這包括監(jiān)測(cè)充電口蓋的開(kāi)閉狀態(tài)，以及感知高壓連接器的溫度。

為了滿足汽車電氣化應(yīng)用的多樣化需求，Melexis精心推出了多款傳感器與驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。這些產(chǎn)品憑借其卓越的功能特性，為電動(dòng)汽車行業(yè)帶來(lái)了前所未有的創(chuàng)新與發(fā)展。下面，我們將為您詳細(xì)介紹這些產(chǎn)品的獨(dú)特之處。

電流傳感器：強(qiáng)化電池運(yùn)作效率

與安全性的關(guān)鍵要素

首先，Melexis推出的MLX91220是一款具有雙重過(guò)流檢測(cè)（OCD）功能的0-50A隔離式集成霍爾效應(yīng)電流傳感器IC，僅需5V電源供電。這款傳感器IC實(shí)現(xiàn)了小尺寸、低阻抗、高帶寬、隔離等功能的完美融合，同時(shí)保持了出色的常規(guī)性能，是市場(chǎng)上最簡(jiǎn)單的全集成電流傳感器IC之一。

MLX91220能夠直接感測(cè)流過(guò)封裝引線框架的電流，最大限度地降低了熱損失，使其更適用于多種標(biāo)準(zhǔn)解決方案。它支持兩種測(cè)量模式，成比例模式可滿足不同應(yīng)用對(duì)輸出電壓按比例調(diào)整的需求，而固定模式（差分）則滿足了使用參考電壓的特定要求。

為了滿足不同應(yīng)用需求，Melexis還推出了MLX91221版本，該版本采用3.3V電源供電，特別適用于DC快速充電、AC壁掛充電箱/ICCB、車載充電（OBC）、DCDC轉(zhuǎn)換等場(chǎng)景。

此外，MLX91230/MLX91231作為Melexis第三代電流傳感器家族中的佼佼者，是智能霍爾電流傳感器的代表。它們符合ASIL標(biāo)準(zhǔn)，能在單個(gè)芯片上同時(shí)測(cè)量電流、電壓和溫度三個(gè)物理量，并配備專用的32KB閃存，為安全應(yīng)用提供了理想選擇。其強(qiáng)大的診斷功能大大減輕了集成商在開(kāi)發(fā)安全機(jī)制時(shí)的負(fù)擔(dān)，包括內(nèi)置的片上過(guò)流檢測(cè)功能。

在精度方面，MLX91230在-40℃至125℃溫度范圍內(nèi)具有±0.5%的精度，而MLX91231則更勝一籌，其精度高達(dá)±0.25%。同時(shí)，MCU支持的自動(dòng)增益控制能夠覆蓋更寬的動(dòng)態(tài)范圍，板載閃存則支持定制軟件部署和系統(tǒng)缺陷的廣泛補(bǔ)償。這兩款傳感器采用SOCI8封裝，可直接連接到12V電池或通過(guò)本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線或UART進(jìn)行測(cè)量和診斷。

MLX91230/MLX91231適用于直流電流感應(yīng)，集成了IVT測(cè)量功能，內(nèi)置微控制器并支持安全應(yīng)用，是電動(dòng)汽車電池管理和配電系統(tǒng)的理想之選。它們可應(yīng)用于12V/24V電池傳感器芯片、48V/HV電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電池SoC、SoH和SoF監(jiān)測(cè)，并適用于智能電池?cái)嚅_(kāi)單元、電池接線盒、功率繼電器元器件、激勵(lì)保險(xiǎn)絲、高壓繼電器或接觸器與域控制器等多種場(chǎng)景。

此外，Melexis還推出了MLX91208，這是一款可編程的電流檢測(cè)芯片，采用標(biāo)準(zhǔn)的SO-8封裝。借助Melexis的專利IMC-Hall技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了極高的靈敏度，能夠檢測(cè)由電流產(chǎn)生的平行于芯片表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并提供高速模擬信號(hào)輸出，響應(yīng)時(shí)間僅為3μs。

MLX91208完全符合汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，特別適用于高達(dá)250KHz的隔離式直流、交流以及交直流的電流檢測(cè)。其獨(dú)特設(shè)計(jì)顯著減少了芯片壽命內(nèi)的漂移，確保了長(zhǎng)期穩(wěn)定的性能。此外，MLX91208的傳輸特性可以完全由客戶進(jìn)行編程，以補(bǔ)償組裝過(guò)程中可能產(chǎn)生的機(jī)械/磁路誤差。

最后，MLX91218是另一款高速、高精度的IMC-Hall電流傳感器芯片，具備雙重OCD功能、靈活的3.3V/5V電源電壓以及高信噪比（SNR），有助于簡(jiǎn)化模塊設(shè)計(jì)。它采用IMC-Hall技術(shù)，利用靈活的U形屏蔽罩有效抵抗干擾，能夠測(cè)量200A至2000A范圍內(nèi)的電流。其400kHz帶寬和快速響應(yīng)特性使其成為電機(jī)控制、逆變器和轉(zhuǎn)換器等高速應(yīng)用的理想選擇。

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電流感應(yīng)解決方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，Melexis還推出了電流傳感器模擬器，利用IMC-Hall技術(shù)幫助客戶在器件和屏蔽的選擇上做出明智決策。

開(kāi)關(guān)和LED驅(qū)動(dòng)控制器：

靈活性與高性能的完美結(jié)合

Melexis推出的MLX92292是一款獨(dú)特的霍爾開(kāi)關(guān)，它不僅能夠執(zhí)行開(kāi)關(guān)和鎖存器功能，更能精確感知側(cè)向磁場(chǎng)，突破了市場(chǎng)上只檢測(cè)正交磁場(chǎng)的局限。這款控制器支持ASIL B安全完整性等級(jí)，符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置的豐富診斷機(jī)制進(jìn)一步增強(qiáng)了其安全性。其靈活的編程選項(xiàng)使得OEM客戶可以根據(jù)需要選擇預(yù)編程單元或利用行尾（EOL）編程功能，對(duì)每個(gè)器件進(jìn)行個(gè)性化配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的最大化。

MLX92292的3線TSOT或TO92封裝模式以及3.3V至18V的寬工作電壓范圍，使其在多種應(yīng)用環(huán)境中都能游刃有余。特別值得一提的是，其極低的功耗設(shè)計(jì)（通常僅7μA），非常適合電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，能有效減少電池電量的消耗。休眠時(shí)間作為可編程參數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了其節(jié)能效果。

此外，Melexis還推出了MLX81118，這是一款集成LIN接口的智能24通道LED驅(qū)動(dòng)芯片。它不僅滿足ASIL（ISO 26262）標(biāo)準(zhǔn)，而且系統(tǒng)集成能達(dá)到ASIL B級(jí)，為電動(dòng)車充電口提供了堅(jiān)實(shí)的功能安全保障。MLX81118特別適用于氛圍燈照明應(yīng)用，其LIN接口符合多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，支持自動(dòng)尋址，為系統(tǒng)集成提供了極大的便利。

MLX81118內(nèi)置的智能微控制器單元（MCU）和閃存，不僅提供了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，也方便了后續(xù)的功能更新。通過(guò)16位的PWM（頻率500 Hz），它可以精確控制LED的亮度，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)照明和基本動(dòng)態(tài)LED光效。更值得一提的是，它還能對(duì)每個(gè)LED進(jìn)行診斷，通過(guò)測(cè)量LED閾值電壓來(lái)監(jiān)測(cè)其溫度，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了提升用戶體驗(yàn)，MLX92292與MLX81118的結(jié)合使用顯示出巨大的潛力。通過(guò)將MLX92292的霍爾傳感器芯片輸出連接到MLX81118的GPIO，充電口蓋的位置狀態(tài)可以實(shí)時(shí)通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)芯片的LIN接口被車輛車身域控制器（BDC）監(jiān)測(cè)。這種智能集成不僅減少了與車輛BDC的連接數(shù)量，還使得充電口蓋位置的變化能夠直接觸發(fā)LED的響應(yīng)。

例如，在夜間或低光環(huán)境中，當(dāng)充電口蓋被打開(kāi)時(shí)，MLX92292能夠迅速檢測(cè)到這一狀態(tài)變化，并通過(guò)MLX81118激活周圍的LED提供照明。這種智能響應(yīng)確保了駕駛員在任何光照條件下都能清晰地看到充電口的位置，從而大大提升了用戶體驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車的運(yùn)作正在不斷尋求更高效率，以便加快充電的時(shí)間、延長(zhǎng)車輛的行駛距離，通過(guò)更高精度的電流測(cè)量，將有助于優(yōu)化電流調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，并通過(guò)更好的電池?zé)峁芾韥?lái)提高效率。Melexis推出的多種電流傳感器與控制器，將可協(xié)助提升電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率，值得電動(dòng)汽車相關(guān)產(chǎn)品制造商進(jìn)一步深入了解相關(guān)的產(chǎn)品信息。