精密 ADC 如何在电动汽车充电器中实现高精度测量系统

电动汽车(EV)充电行业正在快速增长。随着消费者、行业和政府要求更加环保的可持续交通， 充电基础设施必须变得更加高效和便利。

与直流充电器不同，交流充电器不使用堆叠式电源模块，从而实现小型化并节省成本。单电源模块架构限制了交流充电器在公共充电站的使用，因为交流充电器无法在合理的时间内提供所需的电量。相反，充电速度为22kW，更适合住宅电动汽车充电，消费者可以接受更长的充电时间。此外，有些很受欢迎，因为它们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。

直流充电器的堆叠式电源模块可提供快速充电时间和超过360kW的充电速度。该电源模块减少了整体充电时间，但增加了充电器的尺寸，使其更适合公共充电站而不是住宅空间。直流充电器将充电器内部的交流电转换为直流电，使充电器可以直接连接到电池。

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控和计费的可靠能源测量和计算都很重要。

电动汽车充电器的测量

交流和直流充电器需要仪器来确保能源的有效利用并监控用于车辆充电的电力。电动汽车 充电的测量分为三类：

· 交流计量：交流计量测量进入和离开电网的能量。将现有计量设备集成到交流充电器中以允许直接连接到电网的趋势日益增长。

· 直流电源模块电流检测：仪器通常与电源模块分开，但可能需要额外的高精度电流监控。当在直流充电器的电源模块之间使用时，隔离放大器会监控模块的性能。

· 直流计量：直流充电器可以有多种类型的架构，因为堆叠的电源模块会增加或减少充电设备的额定功率。有时在直流充电器的输出端会有一个最终计量点(直流计量)来测量进入车辆的电压，确保消费者无需为直流充电器与车辆充电插座之间的功率损耗付费，如图1所示。

图1： AC/DC充电器内的仪表和电流感测

被测量的传感器

设计人员使用各种传感器对交流和直流充电器进行测量。电流传感器和分流电阻器是最常见的。有许多不同的方法来测量功率以进行能量计算，但单独的实施方式为设计人员提供了更大的灵活性和对测量的控制。分立解决方案将精密模数转换器(ADC)与外部微控制器配对，以测量电流互感器或分流传感器三相的电流和电压(称为多相仪表架构)。为了满足ANSI(美国国家标准协会)C12 Class 0.5m或Class 0.2m等严格标准， ADC必须非常准确。高信噪比、低噪声和低增益误差也是ADC 的特点。这是决定是否适合您的计量应用时需要考虑的一个因素。

如果您决定使用电流互感器作为传感器，您的仪器将需要高精度的多通道精密ADC 。具有集成相位延迟的ADS131M08 24位ADC使您能够超越ANSI C12测量标准。ADS131B04-Q1适用于具有更严格偏移误差和漂移规范的直流 充电器。对于这种设计的ADC，可能需要使用屏蔽来保护仪器免受磁调制的影响。这对于电表准确检测用电设备使用的能源非常重要。

分流传感器仪表架构要求与电流互感器具有相同的精度，但需要相间和数据隔离。分流传感器本质上是抗磁的，无需屏蔽，并允许以更低的成本和更小的外形尺寸进行设计。AMC131M03 24位隔离式ADC具有集成的数据和电源隔离功能，并提供超过国际无线电扰动特殊委员会 (CISPR) 11和25标准的辐射发射性能。该ADC提供具有高信噪比和低增益误差的高精度测量，同时保持7070V PEAK增强隔离和5000V RMS隔离达1分钟。

表1列出了针对各种仪器架构的精密ADC建议。

表1：推荐用于各种交流和直流仪表传感器的精密ADC 。

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随着对交流和直流充电器的要求不断提高，拥有高精度的计量解决方案变得更加重要。精密ADC可实现精确的能源计算，并提供构建环境可持续交通基础设施所需的灵活性。