前置き：インバータはコンポーネントとして、多くの応用分野があり、新エネルギーシステムの重要なユニットでもある。インバータの性能は電池使用率、設備の使用寿命に直接影響する。電圧、電流センサはインバータの重要な「知覚器官」として、リアルタイムのモニタリング、フィードバックの重要なパラメータ、そしてCPUによって収集、演算され、最後に予め設定された条件に基づいて正確な制御を行う。電流電圧センサはここで重要な故障防護、設備保護機能を果たしている。本論文のシステムは、各種インバータにおける電圧、電流センサの応用シーン及びいくつかのデバイスの選択戦略を説明する。
一、インバータシステムの概要とセンサコア作用
インバータは、電力電子の高速スイッチング動作により、低圧直流電力/または蓄電池の直流電力を、最終的にある特定の周波数の低圧交流電力に変換する。例えば、家庭用インバータでは、48 Vの46800電池パックがインバータを介して220 V Ac@50 Hzに昇圧され、後端の各種電気機器に供給される。その典型的なトポロジは直流入力、DC/DC昇圧、DC/AC逆変換、波形整形交流出力のいくつかの一環を含む。電圧、電流センサは各段階で重要な役割を果たすことができ、主に設計者が求めている目標を見ることができる。その全体ブロック図は大体以下の通りである：
電圧、電流センサがこれらの一環で果たす核心的な役割：
リアルタイムモニタリング：
リアルタイム、正確に各部位の電流、電圧パラメータを収集し、CPUに伝え、CPUは高速A/Dを行い、アナログ信号をデジタル信号に変換し、プログラム制御アルゴリズムにデータ基礎を提供する、
閉ループ制御プロセス：
プログラムは監視した電圧、電流データを通じて、データ演算と論理分析判断を行い、更にパワーデバイス（SiC/MOSFET/IGBT）などの正確な制御を実現し、閉ループ制御の目的を達成する、
障害の保護とデバイスの保護：
CPUは電圧、電流センサ素子から出力される信号を検出することにより、相応して設備の過電流、短絡、漏電などの異常状態判断を行い、最終的に保護機構をトリガする。
二、電圧、電流センサのインバータの各段階における実際の応用
1.直流入力環節：
バッテリパック自体には通常、バッテリの充電保護と放電が低すぎる低圧保護機能を含む完全なBMSシステムが搭載されているので、一般的には検出する必要はありません。アンペアゲージなどの角度から考えると、通常は太陽電池/エネルギー貯蔵電池のリーク電流監視を考慮する必要があるだけである。ハードウェア回路の信頼性から言えば、ここにリーク電流センサが配置されていることが考えられる。そのため、電源の低圧領域であり、各種の干渉が小さく、処理が容易で、比較的に理想的な位置であることができます。
2.DC/DC昇圧：
DC/DC昇圧リンクは通常、完全な回路によって低電圧、例えば48 Vから約300 Vへの昇圧を実現する。そのため、一般的に昇圧後の電圧を検出する必要はない。EMC/EMI上の考慮では、バックエンド部品の損傷、機器の異常を防ぐために、ここに機雷防止とサージ保護を追加することが考えられ、次のような機雷防止部分の回路は2000 Vサージ/EFTなどに対するテストを満たすことができる。その回路は以下の通り：
3.DC/ACインバータリング：IGBT保護、ブリッジ制御と故障保護
MOS管に比べてIGBTは高価であり、できるだけ電力管を損傷から保護するため、あるいは、電力管の損傷後、上下ブリッジアームの直通による焼失や電気機器の発火などの事件を保護するためには、+300 Vバスに高精度で応答時間が速い閉ループホール電流センサを置いて、コア森電子CN 2 Aシリーズなどの故障を検出する必要があり、その応答時間は<0.5 us、精度は約0.2%である。
このデバイスの応答時間<0.5 us
この高精度閉ループホールセンサはここに配置され、2つの主要な役割を果たす：1）総出力電流を検出し、総出力電力を計算し、表示する、2）保険管のような保護作用、ブリッジアームのMOS/IGBTが破損すると、+300 Vと接地直通を招き、短絡を引き起こすことになります。このデバイスを配置すると、このような障害が迅速に検出されます。
閉ループの電流センサの応答時間<0.5 usであるが、インバータ出力の波形データがCPU内部プログラムの計算によって生成されることを考慮すると、プログラムの実行量が大きいため、CPUはこの0.5 usの応答時間に迅速に一致するとは限らない。CPUの動作周波数を大きくするか、CPUをアップグレードするのはもちろんのこと、しかし、最も良いのは更に最大値検出回路を追加することです：このアナログ量は更に1つのウィンドウコンパレータの方式を通じてハイレベルのデジタル信号に転換して、最後にCPUの中断口に送り込んで、高速応答に達して、迅速にIGBTの出力を切断して、保護の目的を果たします；
ハードウェア回路の応答速度がプログラムよりはるかに高くなることを考慮してください。この保護信号は、プログラムよりも高速にオフできるようにMOS／IGBTのドライバICに導入されたイネーブル端子であってもよい。
価格上の考慮であれば、コア森電子AN 3 V/AN 1 V/AS 1 Vなどのより安価なオープンループのホールデバイスを採用することもでき、その応答時間は、約3-5 usである。
4.交流出力環節：電圧品質、高調波が少ない
インバータの負荷は、通常は電気機器、電源などに直接電力を供給するので、インダクタを追加し、PWMをほぼ正弦波に還元し、電力供給の電力品質を高め、高調波を減らす必要があります。
この一環として、通常はセンサーを使わず、電圧を監視する必要はありません。
三、特殊環境下の応用課題と対応戦略
できるだけ高精度、低温漂閉環Hallデバイスを選択し、デバイスの温漂<50 ppm/℃は、温度ドリフトによるいくつかの誤保護を効果的に回避することができる。より信頼性の高い方法はBMSシステムに常用されるシリコンゴム加熱膜/PTCヒータを導入し、プログラムをマスターとし、加熱膜の起動、停止を制御し、機械温度制御器を二次保護とし、有効にインバータ装置全体の全温度環境下の運転信頼性を高めることができる。
パッケージ：デバイスは通常IP 67要件を満たす構造設計を採用し、絶縁耐圧要件により適応する
大電流応用シーン
PCBの銅厚は、通常0.5 oz、1 oz、2 oz、5 ozなど、明らかに、大電流を流すためには、銅の断面積をより大きくする必要があり、それは幅を広くしたり、銅層の厚さを厚くしたりする、あるいは同時に線幅を広くしたり、銅層を厚くしたり、その他のものを厚くしたりします。このように処理しても、コストを大幅に増加させるだけでなく、PCBの引き廻しだけで100 Aまでの電流を流すことは信頼性の要求を満たすことができない：銅層が発生した熱は、ソルダーレジスト層の包みの下で、熱を放散することができない、
これらの大電流の場合、配線方式のホール電流センサを考慮することができ、最大10 mm 2の銅線/銅列は、100 Aを簡単に流すことができ、PCBは0.5 ozの銅層厚のFR 4を選択すればよく、PCB板に対応するパッド貫通孔を開くことができる。これはまだ低コストのシナリオです。
おわりに
電圧、電流センサは光起電力インバータの中ですでに基礎測定素子から徐々に変化してシステムの安全と効率を提供する核心的な保障になり、エンジニアに絶えず認可されている。炭化ケイ素デバイス（Sic）デバイスなどがインバータ業界に徐々に導入され、スイッチング周波数が増加するにつれて、センサ業界が新たなステップに入るように推進されることは必至である。