精密 ADC 如何在電動車充電裝置中實現高度準確計量系統

電動車（EV）充電產業正在快速成長。隨著消費者、市場和政府要求更環保的永續運輸發展，電動車充電基礎設施必須變得更有效率且更加便利。

與 DC 充電器不同，AC 充電器不使用堆疊式電源模組，使其更加精巧且更加便宜。它們的單一電源模組架構限制在公用充電站的使用，因為它們難以在快速的時間內提供期望的電量。相反地，其 22-kW 充電速度使它們更適合家用型電動車充電，消費者可以適應更長的充電時間，它們也很受歡迎，因為有些充電器只要求使用標準插座，AC 充電器使用電動車的車載充電裝置將交流電轉換為直流電。

DC 充電器中的堆疊式電源模組可提供更快的充電時間，和超過 360 kW 的充電速度。電源模組減少整體充電時間，但擴增充電器的尺寸，使其更適合公用充電站，而不是居家空間，DC 充電器在充電器內部將交流電轉換為直流電，因此充電器可以直接連接電池。

無論充電器類型為何，高度準確的計量解決方案對於確保系統監控和計費的可靠能源量測和計算，非常重要。

電動車充電裝置中的計量

AC 和 DC 充電器需要計量，以確保有效利用能源，並監控用於為車輛充電的功率。電動車充電中的計量分成三種類別：

• AC 計量：AC 計量會測量傳入和傳出電網的能源。將傳統計量裝置整合到 AC 充電器中以直接連接電網的趨勢，越來越明顯。
• DC 電源模組電流感測：雖然計量通常與電源模組分開，但可能存在額外的高準確度電流監控需求。在 DC 充電器的電源模組之間使用時，隔離式放大器會監控模組的執行方式。
• DC 計量：DC 充電器可以有多種類型的架構，因為充電器的可堆疊電源模組可以上下調整充電裝置的額定功率。有時 DC 充電器的輸出上會有一個最終計量點（稱為 DC 計量），用於測量傳入車輛的電壓，確保消費者無需為 DC 充電器和車輛充電插座之間的功耗付費，如圖 1 所示。

圖 1：AC/DC 充電器內的計量和電流感測

計量中的感測器

設計人員使用各種感測器在 AC 和 DC 充電器中進行計量：比流器和分流電阻器最受歡迎。雖然有多種不同方法可測量功率，以進行能源計算，但離散式實作則提供設計人員更大的彈性，和對計量的控制。離散式解決方案將精密類比轉數位轉換器（ADC）與外部微控制器配對，以測量比流器或分流感測器的三相電流和電壓（稱為多相計量架構）。ADC 必須高度準確，才能符合像美國國家標準協會（ANSI）C12 0.5 級或 0.2 級電表等嚴格標準，高訊號雜訊比、低雜訊和低增益誤差，也是決定特定 ADC 是否適合計量應用的要素。

如果您決定使用比流器作為感測器，則電表需要高準確度多通道精密 ADC，具有整合相位延遲的 ADS131M08 24 位元 ADC，可以協助您超越 ANSI C12 計量標準，ADS131B04-Q1 非常適合具有更嚴格偏移誤差和漂移規格的 DC 電動車充電裝置。對於此設計中的任一 ADC，您可能需要使用屏蔽技術來保護電表，使其免受磁性篡改。這對於確保電表準確地感測消費者所使用的能源，非常重要。

分流感測器計量架構具有與比流器相同的準確度需求，但需要相對相和資料隔離。分流感測器本質上具抗磁性，因此無需屏蔽，並可實現成本更低、外形尺寸更小的設計，AMC131M03 24 位元隔離式 ADC 整合了資料和電源隔離，輻射發射性能超過國際無線電干擾特別委員會（Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques）11 和 25 標準。透過其訊號雜訊比和低增益誤差，提供高準確度量測，同時保持 7,070-V_PEAK 強化型隔離和 5,000-V_RMS 隔離達 1 分鐘。

表 1：針對不同 AC 和 DC 計量感測器的建議精密 ADC

結論

隨著對 AC 和 DC 充電器的要求不斷增加，擁有高度準確的計量解決方案變得甚至更為重要。精密 ADC 可實現準確的能源計算，並為您提供建置環境永續。