車載直流DC/DC變換器輸出電流采樣選型

在電動汽車和混合動力汽車中，直流DC/DC變換器通過高壓動力電池為12V 負(fù)載系統(tǒng)及12V電池供電，一般在輸入和輸出測都會分別設(shè)置電流采樣。當(dāng)主控MCU/DSP芯片位于二次測時，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并計算功率輸出功率，對系統(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。本文主要是針對輸出電流采樣展開討論。

輸出電流采樣一般來說會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，電流采樣芯片輸出端子所承受的共模壓降可能會高達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)計要點。

低邊采樣時信號經(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.此時如果選擇普通PN二極管，其較大的正向?qū)▔航担▇0.7V） 常常使其不能在超出負(fù)向耐壓限值時及時起到保護作用。通常建議選擇正向?qū)▔航蹈〉?a target="_blank">肖特基二極管進行負(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

Figure 2 BAT54S 肖特基二極管正向壓降

實際直流轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)中的地常常與機殼為一體，因此沒有獨立的地線可以用來做低邊電流采樣。這時一般會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進行保護可以對過壓的瞬態(tài)進行有效限制。

選擇TVS管時需要根據(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TIDA-00302 進行更詳細的了解。

Figure 3 高邊電流采樣芯片輸入過壓保護

Figure 4 uClamp1201 TVS管參數(shù)

然而，由于電流采樣運放的輸入偏置電流會隨著共模電壓的增加而明顯增大（見下圖5），輸入正負(fù)端外接的電阻上會產(chǎn)生額外的壓降，使得采樣電阻兩端壓降與實際運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。因為如果不希望使用額外的保護器件，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

審核編輯：郭婷