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SmartFET模擬電流檢測(cè)解析(相關(guān)研討會(huì)預(yù)約中)

安森美 ? 來(lái)源:未知 ? 2023-12-15 16:05 ? 次閱讀

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本系列文章將介紹安森美(onsemi)高邊SmartFET的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念,可作為了解該器件在特定應(yīng)用中如何工作的指南。范圍僅限于具有模擬電流檢測(cè)輸出的SmartFET。之前我們介紹了應(yīng)用詳情、功率FET和保護(hù)功率元件中集成的保護(hù)特性,以及應(yīng)用接口和控制。今天為第四部分,將為大家詳細(xì)介紹模擬電流檢測(cè)和故障報(bào)告的工作原理。



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SmartFET 相關(guān)研討會(huì)預(yù)約報(bào)名見(jiàn)文章末尾,



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正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的

電流檢測(cè)行為




正常狀態(tài)運(yùn)行

在正常工作期間,檢測(cè)到的電流輸出(或在檢測(cè)電阻兩端檢測(cè)到的電壓)與負(fù)載電流成比例。對(duì)于大小合理的檢測(cè)電阻,標(biāo)稱(chēng)負(fù)載下的檢測(cè)電壓低于故障狀態(tài)檢測(cè)電壓,以明確無(wú)誤地識(shí)別故障狀況。NCV84012A 等器件在飽和過(guò)載檢測(cè)電流范圍內(nèi)具有電流檢測(cè)故障電平,這些器件的檢測(cè)故障電平顯示在關(guān)斷狀態(tài)下,并下文中說(shuō)明。圖 56 所示的時(shí)序圖提到了切換標(biāo)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的重要電流檢測(cè)時(shí)序參數(shù)。


除非另有說(shuō)明,參考使能/禁用信號(hào)的CS時(shí)序參數(shù)稱(chēng)為 tCS_High1/tCS_Low1;參考輸入命令的參數(shù)稱(chēng)為 tCS_High2/tCS_Low2。圖56所示的波形集還描繪了電流檢測(cè)信號(hào)對(duì)負(fù)載電流變化的響應(yīng)。信號(hào)DS指的是診斷選擇:對(duì)于多通道器件,它選擇要檢測(cè)的通道。這些時(shí)序參數(shù)的典型值和范圍在相應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中說(shuō)明。對(duì)于任何PWM操作,除了器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)序外,還需要考慮電流檢測(cè)時(shí)序。PWM工作頻率不得超過(guò)CS開(kāi)關(guān)能力,以確保電流檢測(cè)和診斷可靠。

圖56:標(biāo)稱(chēng)負(fù)載切換的電流檢測(cè)時(shí)序


開(kāi)路負(fù)載診斷


關(guān)斷狀態(tài)

在關(guān)斷狀態(tài)的正常情況下,當(dāng)輸入命令為L(zhǎng)o時(shí),負(fù)載應(yīng)將輸出下拉至GND。如果失去與負(fù)載的連接,或者負(fù)載本身磨損成高阻抗級(jí)(例如,串聯(lián)LED燈串陣列斷裂),則會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路負(fù)載狀況。器件會(huì)檢測(cè)到這種情況,并將其標(biāo)記為故障。發(fā)生這種事件時(shí),模擬電流檢測(cè)引腳將輸出故障狀態(tài)電流(通常高于正常工作時(shí)檢測(cè)到的電流),在檢測(cè)電阻兩端將檢測(cè)到高故障狀態(tài)檢測(cè)電壓。圖57解釋了關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)機(jī)制。

圖57:關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載診斷原理


在汽車(chē)環(huán)境中,“絕對(duì)開(kāi)路負(fù)載”狀況幾乎永遠(yuǎn)不會(huì)存在,也就是即使負(fù)載開(kāi)路,也總會(huì)有一些通向GND的漏電路徑(歸因于溫度、濕度、系統(tǒng)寄生效應(yīng)等)。上圖中的RLEAK即表示此阻抗。因此,輸出節(jié)點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位,然后由比較器檢測(cè)該電位,并將其與閾值電壓進(jìn)行比較。建議將一個(gè)外部上拉電阻RPU連接到輸出端子,在負(fù)載開(kāi)路的情況下,輸出節(jié)點(diǎn)電壓被上拉至電池電壓,確保檢測(cè)到負(fù)載開(kāi)路情況。此電阻通常有一個(gè)配套開(kāi)關(guān)SPU,當(dāng)不需要開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)時(shí),開(kāi)關(guān)斷開(kāi),以免不良漏電流通過(guò)RPU。


RPU值的選擇需要考慮典型應(yīng)用負(fù)載、系統(tǒng)寄生效應(yīng)和關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流 (RLEAK)。其大小應(yīng)使得輸出節(jié)點(diǎn)(或由RLEAK和RPU形成的分壓器)處的電壓足以指示負(fù)載開(kāi)路故障。對(duì)于這種方法,RPU有一個(gè)最大限值。此外,該電阻應(yīng)能夠處理功耗,因此RPU有一個(gè)最小值。


上述比較器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)將一個(gè)高輸入阻抗級(jí)與輸出節(jié)點(diǎn)接口,以減少與開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)電路相關(guān)的漏電流。安森美高邊 SmartFET 的典型關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載漏電流小于±10μA。還應(yīng)注意的是,該電路中的輸出電壓與以VBATT為基準(zhǔn)的閾值進(jìn)行比較。換句話說(shuō),此閾值將與電池電壓成比例,并且總是比電池電壓低一定的電壓。例如,NCV84012A的典型輸出閾值電壓(用于開(kāi)路負(fù)載檢測(cè))比VBATT低1.3V至2.3V。此設(shè)計(jì)拓?fù)淇赡懿⒉贿m用于所有安森美高邊SmartFET。例如,NCV84160的輸出閾值電壓以地為基準(zhǔn),通常在2V~4V范圍內(nèi),與電池電壓無(wú)關(guān)(只要VBATT推薦工作范圍內(nèi)即可)。對(duì)于此類(lèi)器件,圖57中比較器負(fù)輸入端的電壓以GND為基準(zhǔn)。負(fù)載開(kāi)路故障情況下的電流檢測(cè)輸出電流一般類(lèi)似于導(dǎo)通狀態(tài)故障情況下的電流檢測(cè)輸出電流(例如在限流情況下)。有些器件(如NCV84012A)以不同CS輸出電流水平——對(duì)應(yīng)于不同應(yīng)用故障模式——來(lái)區(qū)分不同故障。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表說(shuō)明了不同故障下CS輸出電流的范圍。有關(guān)開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)的具體信息,參見(jiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表。


一旦檢測(cè)到負(fù)載開(kāi)路,故障狀態(tài)電流源(圖57)就會(huì)覆蓋CS輸出。在電流檢測(cè)輸出被標(biāo)記為高電平之前,總有一段有限的延遲時(shí)間,如圖58中的理想化波形集所示。關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載時(shí)序和控制邏輯規(guī)格因器件而異。例如,NCV84160的典型延遲時(shí)序規(guī)格為350 μs,而NCV84012A的典型延遲時(shí)序規(guī)格為70μs。此外,后一器件集成了基于計(jì)數(shù)器的機(jī)制來(lái)區(qū)分關(guān)斷狀態(tài)下的故障?;谟?jì)數(shù)器的重試方法在重試策略部分中說(shuō)明。如果在外部禁用器件(VIN:Hi→Lo)時(shí)計(jì)數(shù)器值不為零,則意味著先前的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通周期中存在過(guò)載/過(guò)溫形式的故障。在這種情況下,在滿(mǎn)足計(jì)數(shù)器復(fù)位條件(如產(chǎn)品數(shù)據(jù)表所述)之前,相應(yīng)的導(dǎo)通狀態(tài)故障輸出優(yōu)先于關(guān)斷狀態(tài)故障輸出。這樣做是為了向處于關(guān)斷狀態(tài)的微控制器提供故障信息,然后微控制器再次嘗試使能SmartFET,例如在PWM操作中。關(guān)斷狀態(tài)故障雖然對(duì)診斷至關(guān)重要,但對(duì)器件的危害不如重復(fù)性過(guò)載/過(guò)溫狀況,因此優(yōu)先級(jí)低于導(dǎo)通狀態(tài)故障。如果計(jì)數(shù)器在關(guān)斷狀態(tài)下為零,則CS輸出僅由OSOL故障存在與否決定。

圖58:關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載延遲時(shí)序



導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)器件收到的輸入命令為高電平時(shí),輸出被上拉至接近VBATT。如上所述,如果無(wú)負(fù)載,則僅有極小漏電流(通常 <50mA)流過(guò)器件。檢測(cè)電流以及由此在RCS兩端檢測(cè)到的電壓也很小,圖58中的理想化波形集將其近似為零。如此低的檢測(cè)電流使得欠載和開(kāi)路負(fù)載狀況很難區(qū)分。此外,當(dāng)驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載時(shí),LED的驅(qū)動(dòng)電流可能在毫安級(jí),要明確區(qū)分開(kāi)路負(fù)載和標(biāo)稱(chēng)LED負(fù)載同樣很困難。在這些小負(fù)載電流下,偏離標(biāo)稱(chēng)檢測(cè)比的情況也增加了在導(dǎo)通狀態(tài)下檢測(cè)開(kāi)路負(fù)載的難度。


電池短路

輸出端至VBATT短路的情況也可由上述用于關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載診斷的電路來(lái)檢測(cè),只需外加一個(gè)下拉電阻RPD,如圖59所示。


該下拉電阻可區(qū)分關(guān)斷狀態(tài)開(kāi)路負(fù)載(在這種情況下,輸出節(jié)點(diǎn)電壓由 RPU-RPD分壓器產(chǎn)生)和VBATT短路情況(輸出節(jié)點(diǎn)電壓等于VBATT,假設(shè)為理想短路)。無(wú)論哪種情況,比較器都會(huì)檢測(cè)到故障,輸出端檢測(cè)到的電壓可用于鑒別分析。此外,在輸出節(jié)點(diǎn)浮空的情況下,該電阻還提供一條通向GND的路徑。在導(dǎo)通狀態(tài)下,負(fù)載電流將為零(在理想短路的情況下)或極?。ㄔ陔娮柚罺BATT短路的情況下)。因此,檢測(cè)電流將很小,這同樣存在與導(dǎo)通狀態(tài)下的開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)類(lèi)似的挑戰(zhàn)。

圖59:VBATT短路檢測(cè)

限流

如OUT至GND短路——限流部分所述,所有安森美高邊SmartFET都配有限流器電路,在過(guò)載情況下它會(huì)限制流經(jīng)器件的最大電流,從而保護(hù)器件。過(guò)載情況會(huì)被器件檢測(cè)為故障狀況,檢測(cè)電壓相應(yīng)地被標(biāo)記為高電平。圖60中的電路原理圖描述了其工作原理。

圖60:限流——工作原理


ILIM電路模塊包括一個(gè)饋送至比較器的檢測(cè)FET(其不同于常規(guī)電流檢測(cè)FET)。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到某一閾值ILIM(這里以特性電壓VREF表示)時(shí),柵極電壓被拉低,如上所示。ILIM電路模塊將覆蓋電荷泵。器件將不再以 RDS(ON) 模式運(yùn)行,并將輸出最大飽和電流。另一個(gè)用于限流的獨(dú)立檢測(cè)器件將CS輸出與該模塊隔離,從而提供穩(wěn)定的電流檢測(cè)輸出。ILIM工作原理與去飽和機(jī)制非常相似。前者在過(guò)載時(shí)激活,后者在輕載時(shí)發(fā)揮作用。正如在OUT至GND短路——限流部分中討論的,有些器件具有基于峰值檢測(cè)的限流保護(hù)和基于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的重試策略。這些器件的故障診斷與采用線性限流調(diào)節(jié)的器件沒(méi)有什么不同。然而,正如下一節(jié)所強(qiáng)調(diào)的,它們之間存在一些細(xì)微差異。過(guò)載情況下的電流檢測(cè)響應(yīng)顯示在下一部分關(guān)于GND短路事件的理想化波形集中。


GND短路

在接地短路事件中,輸出電流受上述限流器機(jī)制的限制。當(dāng)芯片的差分溫度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),器件關(guān)斷,然后切換,直到短路條件持續(xù)存在和/或輸入命令為高電平。電流檢測(cè)輸出如下:

圖61:GND短路事件中的CS行為


CS時(shí)序參數(shù)與正常狀態(tài)運(yùn)行部分中討論的時(shí)序參數(shù)類(lèi)似。這里的示例考慮一個(gè)在絕對(duì)熱關(guān)斷后具有折返電流的器件。不過(guò),沒(méi)有折返電流的器件的電流檢測(cè)響應(yīng)是類(lèi)似的。當(dāng)器件接著進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài),隨后是另一個(gè)ILIM脈沖時(shí),電流檢測(cè)不應(yīng)切換,CS引腳應(yīng)輸出穩(wěn)定的故障狀態(tài)電流/電壓。為此,電流檢測(cè)輸出的遲滯被設(shè)計(jì)為大于輸出電流的遲滯。此特性將利用下一節(jié)中顯示的波形進(jìn)行討論。實(shí)踐中,當(dāng)器件在短路事件中升溫時(shí),電流檢測(cè)輸出的幅度可能會(huì)略有降低(因?yàn)闇囟认禂?shù)略呈負(fù)值)。此外,對(duì)于高電流脈沖,電池電壓可能會(huì)瞬時(shí)下降(取決于電源的串聯(lián)阻抗)。在這種情況下,電流檢測(cè)輸出將跟隨電池,可能短暫下降。在這兩種情況下,CS下降極小,不會(huì)影響微控制器的數(shù)字化電流檢測(cè)讀數(shù)(用于指示故障)。


在采用基于計(jì)數(shù)器的重試策略的器件(如NCV84012A)中,瞬時(shí)GND短路情況下的電流檢測(cè)轉(zhuǎn)換如圖62所示。當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)的限流峰值時(shí),內(nèi)部計(jì)數(shù)器遞增,檢測(cè)輸出指示發(fā)生故障。當(dāng)消除短路故障并連接標(biāo)稱(chēng)負(fù)載時(shí),輸出轉(zhuǎn)換為INOM。然而,在一段時(shí)間(定義為消隱周期)內(nèi),電流檢測(cè)保持故障電平。該特性在具有線性電流限值的器件中也存在,用于防止在間歇性GND短路(如物理導(dǎo)線去反彈)的情況下,電流檢測(cè)不斷從故障電平轉(zhuǎn)換到標(biāo)稱(chēng)電平。應(yīng)注意的是,NCV84012A等SmartFET的電流檢測(cè)故障電平可能低于過(guò)載情況下的故障電平。一旦輸入命令被禁用,電流檢測(cè)便會(huì)再次顯示在上一個(gè)導(dǎo)通周期中遇到的限流故障。故障會(huì)一直顯示,直到強(qiáng)制執(zhí)行復(fù)位(即施加診斷使能脈沖)。重試策略部分介紹了另一種由輸入使能強(qiáng)制執(zhí)行的復(fù)位。如果出現(xiàn)負(fù)載開(kāi)路故障,則在計(jì)數(shù)器復(fù)位后,檢測(cè)輸出端將出現(xiàn)相應(yīng)的故障電平。

圖62:基于計(jì)數(shù)器的重試策略中的 CS 行為


過(guò)溫操作

如果芯片的差分溫度或絕對(duì)溫度超過(guò)設(shè)定閾值,器件將實(shí)施自我保護(hù)并進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)生熱關(guān)斷事件時(shí),電流檢測(cè)輸出故障狀態(tài)電流。下面使用一個(gè)示例性燈泡開(kāi)啟場(chǎng)景來(lái)描述這種情況下的操作。


圖63:燈泡開(kāi)啟期間的熱切換


假設(shè)環(huán)境溫度(t=0時(shí))不足以觸發(fā)絕對(duì)熱關(guān)斷,則器件進(jìn)入限流工作模式,同時(shí)嘗試開(kāi)啟燈泡。電流檢測(cè)指示過(guò)載故障,器件隨后經(jīng)歷熱關(guān)斷,接著是另一個(gè)ILIM脈沖,如此等等。電流檢測(cè)輸出保持高電平,表示故障狀態(tài)。當(dāng)燈泡點(diǎn)亮且器件轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),芯片溫度降低,電流檢測(cè)輸出遵循負(fù)載電流軌跡。時(shí)間tcs_Response可被視為CS輸出的“熱遲滯”。換句話說(shuō),在器件脫離故障狀態(tài)后,電流檢測(cè)輸出會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)保持高電平。在ILIM和熱關(guān)斷事件中,此遲滯可消除電流檢測(cè)輸出的不必要切換。該響應(yīng)時(shí)間僅用于診斷目的,與器件開(kāi)啟燈泡的能力無(wú)關(guān)。應(yīng)注意的是,CS輸出從標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)到故障狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可能不像上面的理想化波形集所顯示的那樣“平滑”。此轉(zhuǎn)換涉及關(guān)斷故障狀態(tài)電流源并開(kāi)啟標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)CS電路(參見(jiàn)圖46),在此切換過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)零星噪聲尖峰。盡管如此,這些高頻尖峰很容易由微控制器A/D級(jí)之前的RC網(wǎng)絡(luò)(圖49)濾除,因此不會(huì)影響數(shù)字化電流檢測(cè)輸出。


欠載

電池短路和限流部分討論了對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)期間的欠載狀況與開(kāi)路負(fù)載和/或 VBATT 短路狀況進(jìn)行辨別的難點(diǎn)。有些器件(如NCV84012A)通過(guò)強(qiáng)制檢測(cè)電流 Load/KNom(該負(fù)載對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)檢測(cè)電流)低于針對(duì)欠載所定義的輸出電流閾值來(lái)辨識(shí)欠載情況。對(duì)于小負(fù)載電流,檢測(cè)比精度會(huì)下降,從而難以識(shí)別檢測(cè)電流的低電平是表示欠載狀況,還是檢測(cè)比的偏差——當(dāng)真實(shí)負(fù)載電流高于欠載閾值時(shí),它會(huì)誤導(dǎo)對(duì)負(fù)載電流的估計(jì)。應(yīng)仔細(xì)設(shè)置欠載閾值,考慮開(kāi)路負(fù)載阻抗、預(yù)期應(yīng)用標(biāo)稱(chēng)負(fù)載和器件漏電流。一方面,欠載閾值和負(fù)載開(kāi)路閾值之間應(yīng)該有足夠的裕量,以便可通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)區(qū)分二者(以合理的CS精度);另一方面,考慮到LED等負(fù)載需要較低標(biāo)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)電流,欠載閾值不能設(shè)置得太高。



電流檢測(cè)校準(zhǔn)



雖然安森美高邊SmartFET致力于提供穩(wěn)定的檢測(cè)比,但由于模擬電路中的偏移以及隨溫度、應(yīng)力和負(fù)載電流的漂移,一定會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。容差和漂移在相應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中均有提及。為了進(jìn)一步降低這些容差,ECU(微控制器)制造商可以在 EOL(生產(chǎn)線末端)測(cè)試時(shí)執(zhí)行方便的校準(zhǔn)方案。在討論校準(zhǔn)程序之前,“問(wèn)題陳述”和相關(guān)的挑戰(zhàn)說(shuō)明如下。


對(duì)于理想檢測(cè)比,檢測(cè)電流和輸出電流之間的關(guān)系為:

(公式12)

用圖形表示的話,

圖64:理想檢測(cè)比下的檢測(cè)電流與輸出電流的關(guān)系


直線的斜率就是檢測(cè)比。模擬電路的偏移(參見(jiàn)公式11,其來(lái)自輕載時(shí)的電流檢測(cè)精度改進(jìn)部分)表現(xiàn)為檢測(cè)偏移電流。換句話說(shuō),當(dāng)負(fù)載/輸出電流基本為零時(shí),也會(huì)有有限的檢測(cè)電流從 CS 引腳流出。這可以建模如下:


(公式13)


其中,IOFF為偏移電流。此偏移因器件而異,并且還具有溫度依賴(lài)性。其圖形表示如圖65所示。紅色曲線包含偏移誤差。小負(fù)載電流下的曲率(曲線偏離直線方程)是去飽和或分離式FET控制電路帶來(lái)的改善。如果沒(méi)有精度改進(jìn)技術(shù),檢測(cè)電流在低負(fù)載電流下會(huì)表現(xiàn)出較大的偏差。


當(dāng)負(fù)載電流進(jìn)一步降低時(shí),偏差會(huì)上升,主要原因是功率FET和檢測(cè)FET之間的閾值變化。


圖65:使用偏移誤差和去飽和機(jī)制時(shí)檢測(cè)電流與輸出電流的關(guān)系


應(yīng)注意的是,從CS引腳流出的電流始終為正。因此,底部曲線不是表示負(fù)檢測(cè)偏移,而是表示在運(yùn)算放大器偏移為負(fù)的情況下,負(fù)載電流水平需要達(dá)到一定的程度,才能從CS引腳獲得有限檢測(cè)電流。


除偏移誤差外,檢測(cè)比還可能在電源和負(fù)載電流范圍內(nèi)偏離其額定值,并且不同器件的檢測(cè)比也可能存在差異。用圖形來(lái)說(shuō)明的話,可以將其建模為與上述曲線相關(guān)的斜率誤差,這在高負(fù)載電流下更為明顯。圖66顯示了具有最大和最小斜率誤差的邊界條件曲線。

(公式14)

為包含斜率誤差的檢測(cè)比。


圖66:檢測(cè)電流與輸出電流的關(guān)系以及

偏移和斜率誤差邊界曲線(見(jiàn)虛線)


這兩種誤差都與溫度、負(fù)載電流和器件有關(guān)。此外,由于連續(xù)的溫度循環(huán)、功率循環(huán)和器件承壓,CS比率會(huì)隨著溫度和使用時(shí)間而“漂移”。這種漂移還與負(fù)載電流有關(guān),通常由設(shè)計(jì)予以保證。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表通常會(huì)定義并列出給定負(fù)載電流下的默認(rèn)最大和最小檢測(cè)比和/或檢測(cè)電流。此窗口包括偏移誤差和斜率誤差二者的貢獻(xiàn),本質(zhì)上表示ISENSE-IOUT曲線,類(lèi)似于圖6.19。出廠的任何器件的總體精度都在不同負(fù)載電流下指定的容差范圍內(nèi)。


為了了解這些誤差的含義,這里選擇輸出電流電平IOUT1。


理想情況下,該負(fù)載下的檢測(cè)電流由ISENSE1給出(參見(jiàn)圖 67)。然而,如上所述,由于檢測(cè)比的不準(zhǔn)確性,檢測(cè)的電流可能在邊界曲線之間的任何地方,這導(dǎo)致估計(jì)負(fù)載電流的誤差在 IOUT1' 和 IOUT1'' 之間。

圖67:檢測(cè)比不準(zhǔn)確的情況下估計(jì)負(fù)載電流的誤差


在低負(fù)載電流下,邊界條件會(huì)隨著斜率誤差正負(fù)的翻轉(zhuǎn)而變化(圖 68)。盡管如此,挑戰(zhàn)(負(fù)載電流的精確估計(jì))與上面的討論是相似的。

圖68:輕載下檢測(cè)電流與輸出電流的關(guān)系以及

偏移和斜率誤差邊界曲線


在默認(rèn)電流檢測(cè)精度(如產(chǎn)品數(shù)據(jù)表所示)下,負(fù)載電流的估計(jì)可能涉及到很大的誤差系數(shù)。EOL 時(shí)的校準(zhǔn)程序有助于提高期望負(fù)載范圍內(nèi)的電流檢測(cè)精度。此過(guò)程包括測(cè)量?jī)蓚€(gè)已知輸出電流下的檢測(cè)電壓,然后將該數(shù)據(jù)記錄在微控制器的非易失性存儲(chǔ)器中。由于在最終應(yīng)用中,檢測(cè)電壓是“測(cè)量值”,負(fù)載電流是隨后的“估計(jì)值”,因此公式14 需要重新整理如下:

(公式15)


這可以用下面的直線方程來(lái)表示。

(公式16)

其中 并且

測(cè)量這條直線上的兩點(diǎn)即可得出特定器件的斜率和截距值。一旦器件的這些值已知,就可以通過(guò)測(cè)量檢測(cè)電壓并代入校準(zhǔn)的斜率和截距,以合理的精度估計(jì)任何其他負(fù)載下的輸出電流。校準(zhǔn)程序一般不在整個(gè)溫度范圍內(nèi)執(zhí)行(以節(jié)省測(cè)試時(shí)間、資源和微控制器存儲(chǔ)器開(kāi)銷(xiāo)),因此與檢測(cè)比相關(guān)的漂移誤差仍然存在。以 NCV84045 的電流檢測(cè)測(cè)量為例,電流檢測(cè)比指定如下:


表2:電流檢測(cè)比規(guī)格 - NCV84045


現(xiàn)在,測(cè)量?jī)蓚€(gè)負(fù)載電流下的電流檢測(cè)電壓,例如0.5A和4.5A,然后將這些值代入下面的公式,便可計(jì)算出斜率和截距。

(公式17)


校準(zhǔn)程序要求將這些斜率和截距值存儲(chǔ)在微控制器的存儲(chǔ)器中。然后測(cè)量這些負(fù)載的檢測(cè)電壓,并使用該公式估計(jì)負(fù)載電流,從而消除斜率誤差和截距誤差。在使用壽命期間,溫度循環(huán)和應(yīng)力造成的電流檢測(cè)漂移仍然存在。下表總結(jié)了 NCV84045 的電流檢測(cè)漂移規(guī)格。該表表明,一旦校準(zhǔn),使用壽命期間的功率和溫度循環(huán)所帶來(lái)的漂移便在規(guī)定容差范圍內(nèi),這些容差相當(dāng)于根據(jù)測(cè)量的檢測(cè)電壓估算負(fù)載電流的相對(duì)誤差。


表3:NCV84045的電流檢測(cè)漂移規(guī)格


應(yīng)注意,這里沒(méi)有考慮檢測(cè)電阻的溫度可變性和容差,這會(huì)增加與估計(jì)負(fù)載電流相關(guān)的誤差系數(shù)。此外,偏移誤差的溫度漂移也被忽略了,不過(guò)它非常小。因此,校準(zhǔn)程序顯著改進(jìn)了負(fù)載電流估計(jì)。在某些情況下(需要減少 EOL 時(shí)的總測(cè)試時(shí)間的場(chǎng)合),也可以執(zhí)行單點(diǎn)校準(zhǔn)。這種技術(shù)“假設(shè)”公式 14 中的斜率(其與根據(jù) ISENSE - ILOAD 曲線估算的差分檢測(cè)比成反比)為典型值(由規(guī)格的中心 CS 比率定義),截距由具有典型斜率的單個(gè)測(cè)量點(diǎn)計(jì)算。但是,這種技術(shù)帶來(lái)的電流檢測(cè)改進(jìn)不如上面討論的兩點(diǎn)校準(zhǔn)法好。





研討會(huì)預(yù)告




近年來(lái),汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展迅速,車(chē)身電子技術(shù)在車(chē)輛安全、智慧駕駛等方面扮演著關(guān)鍵的角色。安森美憑借其創(chuàng)新的技術(shù),為汽車(chē)制造商提供完備的車(chē)身電子與解決方案。

直播主題


安森美車(chē)身電子方案:SmartFET控制器,電感式傳感器LED驅(qū)動(dòng)器創(chuàng)新應(yīng)用


直播時(shí)間


12月20日(周三)上午1000

直播介紹


本次研討會(huì)將重點(diǎn)介紹安森美的三項(xiàng)重要技術(shù):SmartFET電感式傳感器LED。

SmartFET技術(shù)結(jié)合了功率MOSFET和eFuse保護(hù)組件的特點(diǎn),在汽車(chē)車(chē)身電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。我們將深入介紹SmartFET技術(shù)的原理和應(yīng)用案例,并展示其在車(chē)輛電源管理、電池管理和電動(dòng)車(chē)充電系統(tǒng)等方面的優(yōu)勢(shì)。

新一代電感式傳感器NCV77320是一款先進(jìn)的非接觸式感應(yīng)技術(shù),用于車(chē)輛安全和駕駛輔助應(yīng)用。此次研討會(huì)將深入探討NCV77320傳感器的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景以及其在汽車(chē)行業(yè)的潛在影響。

此外,我們還將介紹汽車(chē)LED串像素驅(qū)動(dòng)控制器NCV78343。此控制器具有嵌入式開(kāi)關(guān),可控制串聯(lián)LED燈串中的各個(gè)LED,專(zhuān)為汽車(chē)動(dòng)態(tài)照明應(yīng)用,特別是高電流LED而設(shè)計(jì)。


專(zhuān)家介紹



Qing Zhang

安森美產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理

Daniel Bu

安森美應(yīng)用工程師



Austin Shang

安森美應(yīng)用工程師





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