1.前言

汽車(chē)行業(yè)百年發(fā)展形成了 以燃油動(dòng)力和機(jī)械硬件為中心的產(chǎn)業(yè)鏈格局，目前正在經(jīng)歷電動(dòng)化和智能化變 革。電動(dòng)化與智能化推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)，成為未來(lái)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展變革的兩條 主線。電動(dòng)化路徑推動(dòng)燃油動(dòng)力向電力動(dòng)力轉(zhuǎn)變，車(chē)內(nèi)系統(tǒng)的能源供應(yīng)全面轉(zhuǎn) 換為電力能源。智能化路徑對(duì)機(jī)械硬件進(jìn)行顛覆性革命，轉(zhuǎn)變?yōu)橐约惺诫娮?電氣架構(gòu)、智能網(wǎng)聯(lián)和軟件 OTA（Over the Air，空中下載技術(shù)）的核心架 構(gòu)，形成了以自動(dòng)駕駛和智能駕駛艙為核心的服務(wù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。電動(dòng)化帶來(lái)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng) 顛覆性變革，傳統(tǒng)燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的電子元器件需求下降，圍繞車(chē)載動(dòng)力電 池的控制管理，汽車(chē)電子成為電池動(dòng)力系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，在電動(dòng)動(dòng)力總成和電 池管理系統(tǒng)控制方面發(fā)揮核心作用。

汽車(chē)系統(tǒng)中半導(dǎo)體含量的快速增加促使需要管理每個(gè)子系統(tǒng)中的關(guān)鍵電壓和電流。監(jiān)控電源電壓、負(fù)載電流或其他重要系統(tǒng)功能有助于指示故障情況、防止災(zāi)難性故障并保護(hù)最終用戶免受潛在傷害。

2.電壓和電流的監(jiān)控系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的燃燒動(dòng)力汽車(chē)相比，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) (HEV) 和電動(dòng)汽車(chē) (EV) 面臨著一些不同的挑戰(zhàn)。HEV 和 EV 車(chē)輛具有許多需要監(jiān)控電壓和電流的系統(tǒng)，包括車(chē)載充電器 (OBC)、電池管理系統(tǒng) (BMS)、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和逆變器。在這篇文章中，我們將討論用于監(jiān)控 HEV/EV 系統(tǒng)中電流和電壓的三個(gè)基本電路：使用差分放大器 (DA) 的低側(cè)電流檢測(cè)、在線隔離電流檢測(cè)和使用衰減的高電壓檢測(cè)達(dá)。

圖 1 是一個(gè)簡(jiǎn)化的 HEV/EV 框圖，顯示了需要電壓和電流監(jiān)控的常見(jiàn)系統(tǒng)。

圖 1：典型的 HEV/EV 系統(tǒng)

雖然我們不會(huì)在這篇文章中介紹子系統(tǒng)的操作，但設(shè)計(jì)人員有時(shí)會(huì)使用分立 DA 進(jìn)行低側(cè)電流檢測(cè)（如圖 2 所示），尤其是當(dāng)負(fù)載電流是雙向的或者他們需要一個(gè)小的參考電壓來(lái)支撐時(shí)輸出到大于放大器的最小輸出擺幅的已知值。對(duì)于印刷電路板 (PCB) 布局，您應(yīng)該開(kāi)爾文連接分流電阻器。使用具有包括接地在內(nèi)的共模電壓范圍的器件非常重要.

圖 2：用于低側(cè)電流檢測(cè)的差動(dòng)放大器

公式 1 給出了該電路的傳遞函數(shù)，假設(shè) R 4 = R 2且 R 3 = R 1。此應(yīng)用的放大器通常具有包括接地在內(nèi)的共模范圍。然而，根據(jù)具體情況，共模電壓可能不會(huì)接近地，因?yàn)樗鼘?shí)際上取決于分流電阻兩端的電壓 (I Load *R sh )、V ref和 R 3與 R之比所產(chǎn)生的分壓器4 . 確保增益 (R2/R1) 使輸出電壓擺幅不會(huì)飽和。

圖 3 描繪了一種高邊、直插式隔離電流檢測(cè)解決方案。該AMC1200是差分式，差動(dòng)輸出隔離放大器。隔離放大器有助于保護(hù)低壓電路免受高共模電壓的影響。DA 將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 可以將其數(shù)字化。

圖 3：用于差分到單端轉(zhuǎn)換、隔離式在線檢測(cè)的差分放大器

公式 2 給出了圖 3 所示電路的傳遞函數(shù)，假設(shè) R 4 = R 2且 R 3 = R 1。AMC1200 的增益為 8V/V。V ref通常連接到 V 2 /2 以將輸出偏置到中間電源以支持雙向電流。軌到軌輸入/輸出 (RRIO) 放大器（例如TVL313-Q1 ）非常適合此應(yīng)用。

圖 4 和圖 5 描繪了衰減 DA 和相應(yīng)的 TINA-TI? 仿真。在該電路中，DA 電阻器將輸入電壓 (±100V) 分壓。由于輸入電壓是雙極性的，設(shè)置為中間電源的參考電壓會(huì)偏置輸出。選擇放大器時(shí)，請(qǐng)務(wù)必遵守器件的輸入共模和輸出電壓擺幅規(guī)范。此示例使用OPA314-Q1 ,因?yàn)樗哂休^寬的共模范圍。

圖 4：衰減差分放大器

圖 5：衰減差分放大器的 TINA-TI 軟件仿真

公式 3 給出了圖 4 所示電路的傳遞函數(shù)，假設(shè) R 4 = R 2且 R 3 = R 1。請(qǐng)注意，增益小于 1。

在這篇文章中，我介紹了出現(xiàn)在 OBC、BMS、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和逆變器等汽車(chē)子系統(tǒng)中的三種常見(jiàn)電路。此外，我強(qiáng)調(diào) HEV/EV 應(yīng)用使用電壓和電流感應(yīng)來(lái)監(jiān)控關(guān)鍵系統(tǒng)功能，有助于最大限度地延長(zhǎng)車(chē)輛使用壽命。