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当前的传感器集成电路将如何推动电动汽车领域的电气化发展
电气化对交通运输业的影响与日俱增： 超越电动汽车
电气化已成为交通领域的一个重要因素，因为它是造成温室气体排放的主要因素之一。随着各国努力实现到 2035 年全球二氧化碳零排放的目标，汽车、公共汽车和出租车已经走在了变革的前沿。电动汽车（EV）已经普及，出租车在大街上悄无声息地滑行，“100% 电动 ”货车和公交车将包裹和人们送到目的地。
然而，在如此关注电动汽车的同时，人们很容易忽视轻型电动交通领域，特别是对两轮和三轮汽车电气化日益增长的需求。电动汽车固然在交通领域获得了最多的关注和重视，但在全球范围内，一个更大的趋势正在形成。
轻型汽车电气化的快速增长和未来趋势
轻型交通领域的电气化进程显著加快，特别是在马来西亚和印度尼西亚等东南亚国家，以及印度、中国（不久将在非洲），这些国家的两轮交通工具是迄今为止最常见的交通工具。据估计，目前约有 7000 万辆两轮车在路上行驶，而且数量还在快速增长。人们普遍预计，未来十年，两轮车电气化将在北方经济体中变得更加普遍，美国和欧洲的许多公司已经在考虑向这一市场推出产品。
就增长速度而言，该行业的扩张速度快于四轮车市场，这主要是因为认证和设计问题的复杂程度要低得多。同样，电池管理系统（BMS）也更容易设计，因为两轮车电池更小，功率和电压更低。所有这些都意味着，与从头开始设计电动车系统相比，新创企业能够更容易地解决两轮车市场的电动交通问题。
2021 年，约有 6% 的轻型机动车辆实现了电气化，其余的则依赖于内燃机（ICE）。预计到 2030 年，电动摩托车和摩托车将占两轮车市场的 68%。更详细地说，在未来六年内，电动摩托车的销量预计将达到 3000 万辆，电动摩托车将达到 2300 万辆，电动自行车将达到 4000 万辆。目前，电动两轮车市场以 48V 电动摩托车为主，但预计增长将主要来自 100V-200V 电动摩托车，其次是 36V 系统的电动自行车。在印度，大功率摩托车是最大的两轮车市场，它的增长已经激发了新一轮的电动设计浪潮，轻便、紧凑和耐用是这些设计的基本要求。
集成电流传感器 (ICS) 在提高电动交通和电动两轮车方面的作用
LEM 认为，集成电流传感器（ICS）将电流传感功能集成到一个半导体单元中，将成为电动汽车市场的核心。这是因为集成电流传感器集精度、可靠性和高功率密度于一身，是解决该领域电压和电流多样性问题的多功能、高成本效益的手段。在这样一个竞争激烈、价格敏感的环境中，电流传感器 IC 能够为降低成本提供直接的解决方案，同时最大限度地利用 PCB 空间。
此外，它们还在最大限度地提高安全性方面发挥着至关重要的作用，特别是在控制 BMS 方面，BMS 可使电池在正常工作条件下至少有 10 年的工作寿命。
电流感应功能小型化
多年来，LEM 一直在关注这一重要的战略市场，并正在开发一套产品组合，以满足轻型移动领域的要求，特别是采用三相交流电机的电动两轮车，其产品与电动汽车中使用的产品一样先进。LEM 的 ICS 系列产品涵盖电动汽车子系统的每个部分，每辆车通常包括多达八个传感器。
电流传感器集成电路最适合电动两轮车的三个主要领域。首先是电源转换，充电器将来自电网的交流电转换为直流电，供车辆的锂离子（Li-Ion）电池使用。
反过来，充电器中通常有三个电流感应测量点，它们不仅关注功率转换，还关注效率和控制：
- 其中一个集成电流传感器用于测量交流输入，充电器需要检查进入系统的电流。
- 第二个 ICS 监测将信号从交流转换为直流的功率晶体管和开关。该电流传感器可使晶体管同步，确保转换高效进行。
- 最后，直流输出电流传感器测量从系统输出的电流，并与预期输出电流进行比较。任何差异都表明转换阶段出现了问题，微控制器需要对其进行调整，以确保达到预期的输出电流。
该领域使用的典型 LEM ICS 包括 GO 传感器，因为输入传感器需要与电网电压隔离。交流电网电压约为 200V-220V，在输入阶段，GO SME ICS 是低电流的理想选择，而 GO SMS 则是高电流的理想选择。GO SME 传感器也适用于输出阶段，因为在使用 48V 电池时需要的隔离较少。
集成电流传感器在电动两轮车中的关键应用： BMS 和电机控制
集成电流传感器在电动两轮车中应用的第二个关键领域是电池管理系统（BMS），目的是避免电池损坏以及火灾或爆炸等潜在的灾难性故障事件。作为一种保护和安全装置，BMS 中的单个传感器可检查电池是否有急流或浪涌电流进出。如果有，电流传感器集成电路将指示微控制器打开继电器，防止更多能量通过电池。
通常情况下，ICS 会与使用不同技术的分流器同时工作，进行相同的测量，并由微控制器对信号进行比较。这种双重冗余意味着，如果一个传感器因任何原因发生故障，另一个传感器将继续进行测量。
典型的电动汽车应用和当前测量点。
电流传感器集成电路非常适合电动两轮车的第三个领域是电机控制，即把电池中的直流电转换成三相交流电，以驱动车辆的电机。通常情况下，这里需要使用四个传感器--一个在输入级，三个在输出级，所有传感器都能自动直接焊接在印刷电路板上，占用的空间极小。
同样，微控制器也参与检查输入和输出水平是否符合预期。输入和输出端的所有传感器协调工作，比较速率，确保运行符合要求，从而提高了安全性。微控制器利用电流传感器发出的信号管理晶体管栅极驱动器，这是一个高效的控制回路，可对电机进行精确控制。最终用户可获得平稳的加速度和最高的车辆运行效率。
在这一领域使用的典型 LEM 隔离电流传感器 IC 是 HMSR SMS 系列，特别是因为它具有电阻极低的大型初级导体和专用焊盘，使其能够在需要时处理大电流。HMSR 传感器采用微型磁芯，不受外部磁场的影响，因此非常适合用于干扰水平较高的电力电子应用。
轻型移动车辆集成电流传感器的优势
简而言之，两轮和三轮电动汽车中的集成电流传感器能够以较小的低成本封装提供卓越的性能，在轻型移动应用中实现令人印象深刻的功率密度水平。这种传感器将高隔离度和高精度与处理更大电流的能力结合在一起，但采用的是集成度更高的封装，可以直接在印刷电路板上处理问题。
全球两轮和三轮汽车的电气化进程即将起步，而 LEM 不断扩大的集成电流传感器产品组合具有精度高、可靠性强、集成度高和功率密度高等特点，将在推动这一领域的发展中发挥重要作用。