高精度 ADC 如何在电动汽车充电器中实现高精度计量系统

电动汽车 (EV) 充电行业正在快速增长。随着消费者、行业和政府要求使用更环保、更可持续的交通工具，电动汽车充电基础设施必须更加高效和便捷。

与直流充电器不同，交流充电器不使用堆叠式电源模块，因此结构更紧凑，成本更低。其单一的电源模块架构限制了它们在公共充电站的使用，因为它们无法在合理的时间范围内提供所需的电量。相反，其 22kW 的充电速度更适合充电时间更久的家用场景。它们受欢迎的另一个原因是，有些交流充电器只需要一个标准插座。交流充电器利用电动汽车的车载充电装置将交流电转换为直流电。

直流充电器中的堆叠式电源模块可加快充电速度至 360kW 以上。堆叠式电源模块缩短了总充电时间，但增大了充电器的尺寸，更适合公共充电站而不是住宅。直流充电器在充电器内部将交流电转换为直流电，因此该充电器可直接连接电池。

无论充电器类型如何，高精度计量解决方案对于确保系统监测和计费所需的可靠能源测量和计算都非常重要。

电动汽车充电器计量

交流和直流充电器需要计量，以确保能源的有效利用，并监测用于车辆充电的电量。电动汽车充电计量分为三类：

• 交流计量。交流计量可测量进出电网的能量。目前日益明显的趋势是：将传统计量装置集成到交流充电器中，以实现与电网直接连接。
• 直流电源模块电流检测。虽然计量通常与电源模块分开，但有时可能需要额外的高精度电流监测。当在直流充电器的电源模块之间使用时，隔离式放大器会监测模块的运行情况。
• 直流计量。直流充电器可以有多种类型的架构，因为它们的可堆叠电源模块能够提高或降低充电装置的额定功率。如图 1 所示，直流充电器的输出端有时会有一个最终计量点（被称为直流计量），用于测量进入车辆的电压，确保消费者无需为直流充电器与车载充电插座之间的耗散功率付费。

图 1：交流/直流充电器内的计量和电流检测

计量用传感器

设计人员使用各种传感器对交流和直流充电器进行计量，其中电流互感器和分流电阻器较为常用。虽然功率测量和能量计算有许多不同的方法，但分立式架构为设计人员提供了更大的灵活性和对计量的控制能力。分立式解决方案将高精度模数转换器 (ADC) 与外部微控制器配对使用，从电流互感器或分流传感器的三相（称为多相计量架构）测量电流和电压。ADC 必须高度精确，符合美国国家标准协会 (ANSI) C12 0.5 级或 0.2 级仪表等严格标准。高信噪比、低噪声和小增益误差也是确定某个 ADC 是否适合计量应用的因素。

如果您决定使用电流互感器作为传感器，则仪表需要高精度多通道精密 ADC。集成了相位延迟功能的 ADS131M08 24 位 ADC 可帮助您超越 ANSI C12 计量标准。ADS131B04-Q1 非常适合具有更严格失调电压误差和漂移规格的直流电动汽车充电器。对于本设计中的任一 ADC，您可能需要使用屏蔽装置来保护仪表免受磁性干扰。这对于确保仪表准确检测用户使用的能源至关重要。

分流传感器计量架构与电流互感器具有相同的精度要求，但需要相间隔离和数据隔离。分流传感器本身具有抗磁性，因此无需屏蔽，使得设计成本更低且外形尺寸更小。AMC131M03 24 位隔离式 ADC 集成了数据和电源隔离，辐射发射性能超过了国际无线电干扰特别委员会 11 和 25 标准。该 ADC 信噪比高、增益误差小，可提供高精度测量，同时在 1 分钟内保持 7,070V_PEAK 增强型隔离和 5,000V_RMS 隔离。

表 1 列出了针对不同计量架构的高精度 ADC 建议。

表 1：针对不同交流和直流计量传感器而推荐的高精度 ADC

结语

随着对交流和直流充电器要求的提高，拥有一个高度精确的计量解决方案变得更加重要。高精度 ADC 能够进行精确的能源计算，并为您提供建设环保型交通基础设施所需的灵活性。