【導讀】在電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中，直流DC/DC變換器通過(guò)高壓動(dòng)力電池為12V 負載系統及12V電池供電，一般在輸入和輸出測都會(huì )分別設置電流采樣。當主控MCU/DSP芯片位于二次測時(shí)，輸入電流的采樣通常需要采用隔離電流采樣。而輸出側的電流采樣通常用作上報并計算功率輸出功率，對系統功能安全也非常關(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(kāi)討論。
在電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中，直流DC/DC變換器通過(guò)高壓動(dòng)力電池為12V 負載系統及12V電池供電，一般在輸入和輸出測都會(huì )分別設置電流采樣。當主控MCU/DSP芯片位于二次測時(shí)，輸入電流的采樣通常需要采用隔離電流采樣。而輸出側的電流采樣通常用作上報并計算功率輸出功率，對系統功能安全也非常關(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(kāi)討論。
輸出電流采樣一般來(lái)說(shuō)會(huì )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變換器輸出端和負載之間。由于考慮到DC輸出電壓的波動(dòng)，電流采樣芯片輸出端子所承受的共模壓降可能會(huì )高達30 V以上。低邊電流采樣的采樣電阻位于負載與地之間，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計要點(diǎn)。
低邊采樣時(shí)信號經(jīng)常容易受感性負載反沖或地線(xiàn)上比較大的系統噪聲干擾，此時(shí)需要尤其注意芯片的負電壓規格。大多芯片的負壓規格為Vcm-0.3V，在低邊采樣方式下為GND-0.3V.此時(shí)如果選擇普通PN二極管，其較大的正向導通壓降(~0.7V) 常常使其不能在超出負向耐壓限值時(shí)及時(shí)起到保護作用。通常建議選擇正向導通壓降更小的肖特基二極管進(jìn)行負電壓的有效鉗位, 如BAT54S.
Figure 1 低邊電流采樣芯片輸入負壓保護
Figure 2 BAT54S 肖特基二極管正向壓降
實(shí)際直流轉換器的系統中的地常常與機殼為一體，因此沒(méi)有獨立的地線(xiàn)可以用來(lái)做低邊電流采樣。這時(shí)一般會(huì )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載跳變或瞬態(tài)電壓時(shí)容易超過(guò)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(jìn)行保護可以對過(guò)壓的瞬態(tài)進(jìn)行有效限制。
選擇TVS管時(shí)需要根據INA采樣IC所能承受的最高輸入電壓來(lái)選擇TVS管的最高鉗位電壓，根據應用的共模電壓來(lái)選擇最小擊穿電壓?？梢詤⒖糡I參考設計TIDA-00302 進(jìn)行更詳細的了解。
Figure 3 高邊電流采樣芯片輸入過(guò)壓保護
Figure 4 uClamp1201 TVS管參數
然而，由于電流采樣運放的輸入偏置電流會(huì )隨著(zhù)共模電壓的增加而明顯增大（見(jiàn)下圖5），輸入正負端外接的電阻上會(huì )產(chǎn)生額外的壓降，使得采樣電阻兩端壓降與實(shí)際運放輸入端差分電壓產(chǎn)生偏差，造成系統采樣誤差的增加。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
（來(lái)源：中電網(wǎng)，作者：Scarlett Cao）
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