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电流电阻电源汽车电子电流检测方法

这里主要介绍电流的检测方法,发现设计中容易被忽略的一些因素。首先考虑两种不同的方法:基于磁场的检测方法和基于分流器的检测方法。

1.基于磁场的检测方法(以电流互感器和霍尔传感器为代表)具有良好的隔离和较低的功率损耗等优点,在电源驱动技术和大电流领域应用较多,但它的缺点是体积较大,补偿特性、线性以及温度特性不理想。

2.分流器的方法高精度低阻值电阻器目前具有大功率和小体积的特点,这种方法成本较低,精度较高。在汽车电子中用的较多。

以车窗控制为例,想要实现防夹的功能,通常是同时使用两种方法进行检测的。

面对的车身电子控制系统的工作电流,一般都在在1-100A之间,当然大部分负载都有Inrush电流,这也是我们需要注意的。今天需要涉及的还是分流器的方法。分流器的方法是在电流路径中以串联的方式插入一个低阻值的检测电阻会形成一个小的电压降,该压降可被放大从而被当作一个正比于电流的信号。这是我们检测的原理。

当然有两种最为基本的拓扑:


低边电流检测

将检测电阻放在负载和电路地之间,那么该电阻上形成的压降可以用简单的运放进行放大。

高边检测

将检测电阻放在电源和负载之间。

如果更要细分,可将开关的位置一并考虑进去,因为我们面对的是感性负载。


对于高端检测的运放电路入下图所示:


对于低端检测的运放电路如图所示:



这两个图都是原理级别的,实际上有很多问题,值得我们去思考。

1.低端检测的缺点

先看系统性的问题,检测电阻引入的可能会造成地线干扰,比如5毫欧电阻,在Inrush电流100A下,会到0.5V.事实上,一般检测电源的地线与运放的地线不同,有可能产生1V的地线偏移。而大部分AECQ的运放如LM2902和LM2904的输入电压最大为-0.3V。-1V的电压会让运放在几秒内烧毁。

事实上六中配置中的flying是需要慎重用的,如果产生了高压和低压的脉冲波形,同样对运放来说是个灾难。

最主要的是,本来低端检测就是低成本方案,如果添加TVS,BOM成本会很难看。解决的方法,在运放输入端上加入电容和肖特基二极管。

2.高端检测的潜在风险

高端检测的风险其实是很大的,首先是精度误差:

电阻精度的误差,运放的输入偏置电压和输入偏置电流的误差。

最大的风险在于运放的钳位电压,普通的MOS工艺最高工作电压为18V,高压MOS为36V,再高需要采用特殊的工艺了。因此我们将运放的输入端至于电源上,将要直接面对电源线的干扰。传统的保护汽车电源TVS,能够在40V以下完全开启,因此我们需要选择特殊的TVS。而TVS开启是需要区间的,电压的前移意味着静态电流的增大。

属于的电源与运放的电源不是同一个,在潜入路径电子模块熔丝取出,而另一路电源没取出的时候,运放直接烧毁。如果采取二极管并联一起供电,则需要对运放的电源端采取TVS保护,问题同上面是一样的。

因此运放用起来不容易。而且成本也是一个很大的问题,LT有很多检测电流的运放,成本较高。一个电阻+运放的配置还不如直接加电流传感器呢。

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