随着电动汽车的快速普及，充电桩作为电动汽车的“加油站”也跟着快速发展，“每5辆电动汽车就有2个充电桩”，小到自家车位上的交流慢充，大到专业的快充电场。充电桩在给电动汽车长时间慢充或者快速、高功率充电的过程中，可能面临过流、短路、接地故障等风险，这些隐患可能导致设备损坏、火灾，甚至威胁人身安全。随着电动汽车保有量的持续增长，充电桩的安全运行面临着越来越高的要求。过流、短路等电气故障是威胁充电安全的重要因素之一，本文将深入探讨充电桩的过流风险，对比主流过流保护方案，让大家对充电桩的安全保驾护航有个参考。
1. 充电桩的工作原理与过流隐患
其核心功能是将电网电能安全高效地输送至车辆电池。根据充电方式不同，主要分为两类：
交流慢充（AC）
使用220V家用电压，通过车载充电机（OBC）转换电能，充电速度较慢（6-8小时充满），适合夜间停放时使用。
充电过程通过低压试探确认安全后，分恒流、恒压两阶段完成，类似"先大口吃再小口吃"的智能调节。
直流快充（DC）
直接输出380V高压直流电，充电桩内置功率转换模块，最快30分钟可充至80%电量。
需严格握手协议验证车辆身份，并实时监测电池状态（电压、温度等），防止过充或热失控。
不论是交流慢充，还是直流快充，在此过程中，电流可能因以下原因异常升高：
l 电池故障：电池内部短路或绝缘老化导致充电电流骤增。
l 线路老化：充电线缆或接头接触不良，引发局部过热和过流。
l 外部短路：充电枪插头短路或误操作导致瞬时大电流。
l 电网波动：电压不稳定引发充电电流波动。
一旦过流未被及时切断，可能导致：
l 设备损坏：充电模块、电缆烧毁。
l 火灾风险：高温引燃周围可燃物。
l 安全事故：触电或爆炸风险。
2. 充电桩对过流保护的要求
理想的过流保护方案需满足以下条件：
l 高精度：能够实时监测微小电流变化。
l 快速响应：毫秒级切断异常电流。
l 高可靠性：在极端温度、湿度、电磁干扰下稳定工作。
l 小型化：适应充电桩内部紧凑的空间布局。
l 高绝缘：满足高压环境下的安全标准。
3. 主流过流保护方案对比
目前，充电桩常采用以下几种过流保护方案，各有优缺点：
方案 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
保险丝 | 电流过大时熔断 | 成本低、简单可靠 | 需更换、响应慢、无法实时监测 | 低端充电桩 |
热继电器 | 电流过大时热元件变形触发开关 | 可复位、成本适中 | 响应慢（秒级）、精度低 | 工业设备 |
电磁式继电器 | 电流过大时电磁铁吸合断开回路 | 可靠性高、寿命长 | 体积大、响应时间较长（~50ms） | 中端充电桩 |
分流器+运放 | 通过电阻采样电流，运放放大信号 | 高精度、可实时监测 | 需接触高压、功耗大、绝缘难 | 实验室或高端设备 |
霍尔传感器 | 非接触式磁场检测电流 | 高精度、快速响应、高绝缘、小型化 | 成本较高 | 高端充电桩、新能源设备 |
AN3V vs. 传统方案：为什么它更适合充电桩？
指标 | AN3V霍尔传感器 | 分流器+运放 | 电磁式继电器 | 保险丝/热继电器 |
响应时间 | 2.5μs | 100μs~1ms | 50ms | 秒级 |
精度 | ±1% | ±1% | ±5% | 无实时监测 |
绝缘性能 | 4.3kV耐压 | 需额外绝缘设计 | 高 | 中 |
体积 | 小型化（17.09×13.3mm） | 中等 | 大 | 小 |
功耗 | 低（6.5mA@3.3V） | 高 | 中 | 无 |
可靠性 | 高（-40°C~105°C） | 中 | 高 | 低（需更换） |
成本 | 中高 | 高 | 中 | 低 |
适用场景 | 高端充电桩、新能源设备 | 实验室、高精度设备 | 中端充电桩 | 低端充电桩 |
对比分析
l 保险丝和热继电器虽然成本低，但无法实时监测电流，且响应时间长，难以满足高功率充电桩的需求。
l 电磁式继电器可靠性高，但体积庞大，不适合紧凑型充电桩。
l 分流器+运放方案精度高，但需直接接触高压回路，绝缘设计复杂，安全风险大。
l 霍尔传感器凭借非接触式测量、毫秒级响应、高绝缘性能，已成为高端充电桩过流保护的主流技术方案之一。
4. AN3V在充电桩中的应用
1 安装部署
l AN3V安装在充电桩的PCB主板上，原边引脚（5、6、7）连接到母排或宽铜箔，副边引脚（1、2、3、4）连接到控制芯片。
l 电流方向与传感器箭头一致，确保输出信号正确。
2 过流保护逻辑
1. 实时监测：主电流流经焊接在PCB上的AN3V原边引脚，传感器将其转换为与电流成比例的差分电压信号（Vout - Vref）。
2. 信号处理：差分信号被传输至MCU的ADC进行采样。
3. 智能决策：MCU算法实时判断电流是否正常、是否过载、是否短路。
4. 快速保护：一旦异常，MCU立即发出指令，驱动接触器断开，整个过程可在微秒级内完成。
3 实际应用案例
l 在实际应用中，AN3V霍尔传感器已被多家充电桩制造商采用，有效提升了设备的过流保护能力，降低了因电流异常导致的故障率和维护成本。
l 在极端高温环境下，AN3V仍保持±1%以内的测量精度，为充电系统的安全运行提供可靠的数据支持。
5. AN3V简介
AN3V系列新品，是芯森电子全面升级的系列开环霍尔电流传感器产品，旨在满足电源、光伏、储能等领域对电流测量的高可靠性、高一致性需求。该系列新品不仅继承了前代产品的优点，还在材料、结构、设计等多方面进行了升级与优化，同时兼具高性价比，是国产替代的理想选择。
AN3V系列新品主要包括AN3V PB35/PB55等多个型号，覆盖从80A到200A的额定测量范围。不仅保证了测量精度，还显著提升了动态测量范围和可靠性，同时具备优异的线性度。
产品特性：
l 基于霍尔原理的开环电流传感器
l 原边和副边之间绝缘
l 原材料符合UL 94-V0
l 没有插入损耗
l 供电电压：+3.3V
l 高度h=8.7mm
l 执行标准:
n IEC 60664-1:2020
n IEC 61800-5-1:2022
n IEC 62109-1:2010
参数特点：
l 电压输出
l 供电：+5V/3.3V
l 额定量程：±80~200A
l 测量范围：±80~375A
l 工作范围：-40~105°C
l 典型精度：1%
l 响应时间：2.5μs
l 绝缘耐压：3kV
l 带宽：250kHz
l 线性度：0.5%
