【導(dǎo)讀】在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，直流DC/DC變換器通過高壓動(dòng)力電池為12V 負(fù)載系統(tǒng)及12V電池供電，一般在輸入和輸出測(cè)都會(huì)分別設(shè)置電流采樣。當(dāng)主控MCU/DSP芯片位于二次測(cè)時(shí)，輸入電流的采樣通常需要采用隔離電流采樣。而輸出側(cè)的電流采樣通常用作上報(bào)并計(jì)算功率輸出功率，對(duì)系統(tǒng)功能安全也非常關(guān)鍵，主要采用非隔離電流采樣的方式。本文主要是針對(duì)輸出電流采樣展開討論。
在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中，直流DC/DC變換器通過高壓動(dòng)力電池為12V 負(fù)載系統(tǒng)及12V電池供電，一般在輸入和輸出測(cè)都會(huì)分別設(shè)置電流采樣。當(dāng)主控MCU/DSP芯片位于二次測(cè)時(shí)，輸入電流的采樣通常需要采用隔離電流采樣。而輸出側(cè)的電流采樣通常用作上報(bào)并計(jì)算功率輸出功率，對(duì)系統(tǒng)功能安全也非常關(guān)鍵，主要采用非隔離電流采樣的方式。本文主要是針對(duì)輸出電流采樣展開討論。
輸出電流采樣一般來說會(huì)有高邊采樣和低邊采樣兩種不同的配置方式。高邊采樣和低邊采樣是從電流采樣電路相對(duì)于負(fù)載的位置而言的。高邊電流采樣的采樣電阻位于DC/DC變換器輸出端和負(fù)載之間。由于考慮到DC輸出電壓的波動(dòng)，電流采樣芯片輸出端子所承受的共模壓降可能會(huì)高達(dá)30 V以上。低邊電流采樣的采樣電阻位于負(fù)載與地之間，其輸入端子近似的共模壓降為0。低邊電流采樣可選擇的范圍更寬。
下面將介紹高邊和低邊電流采樣分別的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
低邊采樣時(shí)信號(hào)經(jīng)常容易受感性負(fù)載反沖或地線上比較大的系統(tǒng)噪聲干擾，此時(shí)需要尤其注意芯片的負(fù)電壓規(guī)格。大多芯片的負(fù)壓規(guī)格為Vcm-0.3V，在低邊采樣方式下為GND-0.3V.此時(shí)如果選擇普通PN二極管，其較大的正向?qū)▔航?~0.7V) 常常使其不能在超出負(fù)向耐壓限值時(shí)及時(shí)起到保護(hù)作用。通常建議選擇正向?qū)▔航蹈〉男ぬ鼗O管進(jìn)行負(fù)電壓的有效鉗位, 如BAT54S.
Figure 1 低邊電流采樣芯片輸入負(fù)壓保護(hù)
Figure 2 BAT54S 肖特基二極管正向壓降
實(shí)際直流轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)中的地常常與機(jī)殼為一體，因此沒有獨(dú)立的地線可以用來做低邊電流采樣。這時(shí)一般會(huì)采用高邊輸出電流采樣的方式。如果使用INA21X-Q1等支持26V共模電壓的電流傳感IC，在DC輸出端有比較大的負(fù)載跳變或瞬態(tài)電壓時(shí)容易超過正向共模壓降的限制。這是可以采用TVS管加電阻的方式在輸入級(jí)進(jìn)行保護(hù)可以對(duì)過壓的瞬態(tài)進(jìn)行有效限制。
選擇TVS管時(shí)需要根據(jù)INA采樣IC所能承受的最高輸入電壓來選擇TVS管的最高鉗位電壓，根據(jù)應(yīng)用的共模電壓來選擇最小擊穿電壓。可以參考TI參考設(shè)計(jì)TIDA-00302 進(jìn)行更詳細(xì)的了解。
Figure 3 高邊電流采樣芯片輸入過壓保護(hù)
Figure 4 uClamp1201 TVS管參數(shù)
然而，由于電流采樣運(yùn)放的輸入偏置電流會(huì)隨著共模電壓的增加而明顯增大（見下圖5），輸入正負(fù)端外接的電阻上會(huì)產(chǎn)生額外的壓降，使得采樣電阻兩端壓降與實(shí)際運(yùn)放輸入端差分電壓產(chǎn)生偏差，造成系統(tǒng)采樣誤差的增加。因?yàn)槿绻幌Ｍ褂妙~外的保護(hù)器件，可以考慮使用INA240-Q1（VCM -4~80V,雙向）,INA293-Q1(VCM -4~110V,單向)或INA296-Q1 (VCM -4~110V,雙向)這樣的共模耐壓更高的元件。
Figure 5 INA214-Q1 輸入偏置電流與共模電壓關(guān)系
（來源：中電網(wǎng)，作者：Scarlett Cao）
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