【導(dǎo)讀】從汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（牽引逆變器、電池管理和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等），到汽車安全系統(tǒng)（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)或自動(dòng)駕駛等），汽車各系統(tǒng)的電氣化比例正在日益提升。為確保車輛安全，我們必須了解這些系統(tǒng)是否按照正確的操作指南運(yùn)行。而準(zhǔn)確電流測量和快速故障響應(yīng)對于在這些系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試和診斷至關(guān)重要。
圖1所示為一個(gè)典型的過流電路，包括一個(gè)分立運(yùn)算放大器和一個(gè)分立比較器。
圖1：利用分立運(yùn)算放大器和比較器實(shí)現(xiàn)過流檢測
決定該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)時(shí)間的來源包括：
● 分流電阻（RS）容差和漂移。
● 放大器電路增益誤差（RI和RF）。
● 放大器和比較器之間的分壓器（R1和R2）誤差。
● 比較器參考（R3和R4）輸入誤差。
● 放大器電路的響應(yīng)時(shí)間。
● 比較器的響應(yīng)時(shí)間。
在最壞的情形下，由放大器和比較器之間的分流、增益和分壓器引起的誤差都會(huì)導(dǎo)致電流測量誤差。根據(jù)此錯(cuò)誤水平，您必須在設(shè)計(jì)中增加裕度，以確保其不超過所需的運(yùn)行參數(shù)。
設(shè)計(jì)更高效、更可靠的系統(tǒng)
總故障狀態(tài)響應(yīng)時(shí)間不僅包括放大器和比較器響應(yīng)時(shí)間，您還必須考慮微控制器（MCU）的周期時(shí)間以及保護(hù)電路的開啟和關(guān)閉時(shí)間。總響應(yīng)時(shí)間必須短于系統(tǒng)進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)所需的時(shí)間。通常，MCU周期時(shí)間和保護(hù)電路是固定的；因此，您必須調(diào)整放大器和比較器的響應(yīng)時(shí)間，以滿足系統(tǒng)要求。TI為放大器和比較器提供各類響應(yīng)時(shí)間的解決方案。
如果您想提高電流檢測精度，可以選擇使用圖1所示電路的高精度低漂移電阻；然而，隨著外部元件的精度和漂移增加，成本也隨之增加。另一種方法是使用電流檢測放大器，如TI INA185。電流檢測放大器集成了精密匹配的電阻增益網(wǎng)絡(luò)，可經(jīng)濟(jì)高效地降低增益誤差和漂移。對于INA185，增益誤差為±0.25%，漂移為8 ppm/°C，或溫度變化為±0.33%。
此外，您還可以通過使用性能更佳的電阻器來改善參考誤差。使用帶有集成精密基準(zhǔn)電壓的比較器（如TI TLV4021）也可在溫度誤差為±0.04%的情況內(nèi)顯著改善參考誤差。圖2所示為同時(shí)使用INA185和TLV4021用于過流檢測電路的電路。
圖2：使用精密電流檢測放大器和精密比較器實(shí)現(xiàn)過流檢測
這會(huì)將分壓器誤差作為主要誤差源。您可使用電流檢測放大器（如TI INA301）來消除此誤差源。該放大器集成了比較器和精密基準(zhǔn)電壓源，如圖3所示。
圖3：INa301功能框圖
INA301具有片上精密電流源，僅需一個(gè)外部電阻即可設(shè)置閾值。此外，警報(bào)輸出的總響應(yīng)時(shí)間小于1μs。
監(jiān)控系統(tǒng)的電流狀態(tài)相當(dāng)于潛在問題的主要指標(biāo)。提高過流檢測精度可通過最小化分配凈空來提高系統(tǒng)功率效率。有許多過流檢測解決方案可基于特定應(yīng)用的關(guān)鍵問題進(jìn)行優(yōu)化：成本、解決方案大小、精度或響應(yīng)時(shí)間。您可以利用電流檢測放大器和帶有集成參考的比較器提供的更高精度，來權(quán)衡實(shí)現(xiàn)典型分立元件的低成本。
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