使用快速、精確的過流檢測器對汽車安全系統(tǒng)進行診斷

從汽車動力傳動系統(tǒng)（牽引逆變器、電池管理和電動助力轉(zhuǎn)向等），到汽車安全系統(tǒng)（防抱死制動系統(tǒng)或自動駕駛等），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行。而準確電流測量和快速故障響應(yīng)對于在這些系統(tǒng)中進行調(diào)試和診斷至關(guān)重要。

圖1所示為一個典型的過流電路，包括一個分立運算放大器和一個分立比較器。

圖1：利用分立運算放大器和比較器實現(xiàn)過流檢測

決定該系統(tǒng)的準確性和響應(yīng)時間的來源包括：

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)時間。

比較器的響應(yīng)時間。

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導(dǎo)致電流測量誤差。根據(jù)此錯誤水平，您必須在設(shè)計中增加裕度，以確保其不超過所需的運行參數(shù)。

設(shè)計更高效、更可靠的系統(tǒng)

總故障狀態(tài)響應(yīng)時間不僅包括放大器和比較器響應(yīng)時間，您還必須考慮微控制器（MCU）的周期時間以及保護電路的開啟和關(guān)閉時間。總響應(yīng)時間必須短于系統(tǒng)進入安全運行狀態(tài)所需的時間。通常，MCU周期時間和保護電路是固定的；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現(xiàn)過流檢測

這會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，僅需一個外部電阻即可設(shè)置閾值。此外，警報輸出的總響應(yīng)時間小于1μs。

監(jiān)控系統(tǒng)的電流狀態(tài)相當于潛在問題的主要指標。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)鍵問題進行優(yōu)化：成本、解決方案大小、精度或響應(yīng)時間。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)衡實現(xiàn)典型分立元件的低成本。

審核編輯：郭婷