来了来了！电动汽车充电桩直流电能设计诀窍，快来看！

下面是一个典型的直流电能表的基本结构：为了测量负载消耗的功率（P=V×I），至少需要一个电流传感器和一个电压传感器。

图2：直流电能表基本结构（图片来源：ADI）

• 电压测量 
  

电阻分压：电压通常用电阻分压测量，电阻分压用于按比例将电位降低到与系统ADC输入兼容的水平。然而，必须注意所选元件的温度系数和电压系数，以保证整个温度范围内所需的精度。

对于一些应用，对应的电压特别高，这个时候可以选择Digi-Key高压电阻。

对于电压测量，由于输入信号的大幅度，用标准元件可以很容易地实现精确的电压测量。

• 电流测量
  

电流测量主要有直接测量和间接测量两种。

直接测量（基于电流检测电阻）：根据欧姆定律，电流通过一个已知阻值的电流检测电阻，通过测量电流检测电阻的电压来精确计算电流值。

这种方式经济、准确、有效，理论上具有无限的带宽。然而，对于大电流的情况，电流检测电阻发热严重。这意味着当电流很小的情况和电流很大的情况，受到电阻温度系数影响，会有较大误差。因此，需要超低的温度漂移的电流检测电阻。

电动势（EMF），即两个不同的导电体或半导体之间的温差会在两者之间产生电位差。热容量的任何差异，例如传感器阴极连接到更大的铜质量（接地层），都会在温度分布中产生不匹配，从而导致由热电动势效应引起的测量误差。

因此，必须注意电流检测器的连接和所产生热量的分配。

间接测量：通电导线周围会产生磁场，电流传感器可以通过检测磁场，来得知电流的大小。从而实现间接测量。

Digi-Key电流传感器主要有下面几种类型：

开环霍尔传感器

闭环霍尔传感器

磁通门

图片

图片来源：

Honeywell CSLA2DGI

图片来源：

CR Magnetics CR5220-150

图片来源：

LEM CKSR 75-NP

结构

复杂的开环或闭环系统

特点

价格有优势；

体积小；

功耗低；

磁环周围多了一组线圈；

线性度高；

没有磁芯磁滞现象；

良好的温度漂移；

良好的精度；

良好的温度稳定性更高的精度；

价格更贵；

对于电压测量，由于输入信号的大幅度，用标准元件可以很容易地实现精确的电压测量。对于电流测量，往往需要加一个放大器，来放大信号。

对于信号链芯片，在设计时有两个最重要的考量点：

1.  各级的精度要求是否满足整体的精度要求。

2.  在不同环境温度下，温漂系数是否满足整体的精度要求。

下面是ADI给出的直流电能表方案：

• 放大器的选择

  
  

假设80A电流，电流检测电阻75μΩ。要求精度1%，即在电流检测电阻上产生60μV的小信号，也就是放大器的偏置电压（误差）至少要小于这个值。

比如ADI ADA4528的最大偏移电压为2.5μV，最大偏移电压漂移为0.015μV/°C。基本可以满足要求。

这里需要注意的，不管是电流传感器还是分压电阻，尽量使用4线法测量，从而进一步减少线缆中电阻对于测量的影响，进一步提高精度。

• ADC采样芯片选择