中心議題：

• 基本電流檢測拓撲
• 現代負載與智能開關
• 采用脈衝調製負載時需考慮的因素

解決方案：

• 實時電流監視
• 監視H橋驅動器的電流

現代汽車電氣係統設計目前正處於有史以來變化最大的時期之一。從革命性的電動機/發電機混合電推進和“電傳操縱”電力傳動裝置到用於延長使用壽命和提高效率的智能附件(例如：無帶式泵和LED照明)等deng等deng
，都dou被bei一yi一yi集ji成cheng到dao新xin型xing車che輛liang之zhi中zhong。用yong戶hu越yue來lai越yue期qi望wang擁yong有you自zi動dong化hua車che載zai診zhen斷duan係xi統tong和he預yu測ce性xing保bao養yang功gong能neng，這zhe也ye促cu進jin了le各ge種zhong新xin式shi車che體ti和he發fa動dong機ji管guan理li係xi統tong設she計ji的de出chu現xian。在zai許xu多duo此ci類lei係xi統tong重zhong新xin設she計ji領ling域yu中zhong，一yi項xiang重zhong要yao的de信xin息xi反fan饋kui就jiu是shi特te殊shu負fu載zai所suo使shi用yong的de電dian流liu。電dian流liu測ce量liang用yong來lai分fen析xi狀zhuang態tai是shi否fou正zheng常chang，為wei故gu障zhang保bao護hu和he控kong製zhi規gui則ze實shi施shi提ti供gong依yi據ju。在zai這zhe一yi領ling域yu出chu現xian的de基ji本ben變bian化hua是shi，智zhi能neng高gao效xiao的de“閉環”設計正在取代過去傳統的“開環”係統。

基本電流檢測拓撲

盡(jin)管(guan)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)是(shi)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)
，但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)一(yi)般(ban)需(xu)要(yao)高(gao)成(cheng)本(ben)的(de)儀(yi)器(qi)或(huo)昂(ang)貴(gui)的(de)電(dian)源(yuan)單(dan)元(yuan)產(chan)品(pin)，因(yin)此(ci)在(zai)成(cheng)本(ben)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)都(dou)允(yun)許(xu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)才(cai)會(hui)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)。在(zai)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)，低(di)成(cheng)本(ben)是(shi)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)，所(suo)以(yi)采(cai)用(yong)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)是(shi)最(zui)適(shi)合(he)的(de)。串(chuan)聯(lian)一(yi)個(ge)小(xiao)阻(zu)值(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)(毫歐姆量級)到負載上，並在向負載供電時測量電阻上產生的壓降

，就可以準確推算出電流值。

就開關、負載和檢測電阻的串聯連接而言，基本上有6種不同的拓撲，如圖1(a)至圖1(f)所示。這些拓撲可以根據開關相對於負載的位置歸類為高壓端開關或低壓端開關；以及根據電阻相對於電源軌的位置歸類為低壓端檢測
、“浮置”檢jian測ce或huo高gao壓ya端duan檢jian測ce。每mei種zhong方fang案an就jiu某mou些xie特te定ding應ying用yong而er言yan都dou有you可ke能neng是shi最zui佳jia解jie決jue方fang案an。另ling一yi種zhong需xu要yao考kao慮lv的de情qing況kuang是shi出chu現xian故gu障zhang時shi，故gu障zhang視shi負fu載zai特te性xing的de不bu同tong而er有you所suo不bu同tong。作zuo為wei一yi個ge經jing驗yan法fa則ze
，人ren們men一yi般ban會hui假jia定ding
，最zui可ke能neng發fa生sheng的de故gu障zhang是shi與yu機ji架jia(電氣地)相xiang連lian，這zhe或huo者zhe是shi由you扳ban手shou觸chu碰peng帶dai電dian的de裸luo露lu端duan子zi引yin起qi，或huo者zhe由you外wai皮pi磨mo破po的de電dian線xian與yu接jie地di的de金jin屬shu部bu件jian接jie觸chu引yin起qi。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，低di壓ya端duan檢jian測ce具ju有you與yu生sheng俱ju來lai的de缺que點dian。在zai大da多duo數shu應ying用yong中zhong
，圖tu1(c)的配置都是優選拓撲，因為它允許把開關和監視功能集中到一起，同時還可保持較少的連線數。

現代負載與智能開關

自從功率MOSFET器件推出以來，設計師們一直將它們視作繼電器的潛在替代產品。現代N-MOSFETkaiguandedaotongdianzuzhizaiyiweishuhaooumufanweinei
，yunxushiyongmeiyoubenzhuosanrejiegoudebiaozhunbiaomiantiezhuangjishu。muqianyijingkaifachuledijiajichengdianlujiejuefangan

，zhezhongfanganketigongzihanshishengyazhajiqudonggongneng。zhexiedianluhaicaiyonglekuaisuguzhangbaohujizhi，zheyangMOSFET就永遠不會有出現故障的風險。淩力爾特公司的LT1910就是這樣的“智能開關”控製集成電路，該器件利用低阻值高壓端電流檢測電阻(類似圖1(c))檢測電路過載
，並在發生損害之前關斷正在工作的MOSFET。該(gai)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)一(yi)檢(jian)測(ce)到(dao)過(guo)載(zai)情(qing)況(kuang)
，就(jiu)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)警(jing)告(gao)標(biao)記(ji)，並(bing)周(zhou)期(qi)性(xing)地(di)嚐(chang)試(shi)重(zhong)新(xin)啟(qi)動(dong)該(gai)負(fu)載(zai)，直(zhi)到(dao)故(gu)障(zhang)清(qing)除(chu)為(wei)止(zhi)。盡(jin)管(guan)這(zhe)個(ge)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)本(ben)質(zhi)上(shang)隻(zhi)是(shi)二(er)進(jin)製(zhi)，但(dan)是(shi)就(jiu)用(yong)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)形(xing)成(cheng)如(ru)圖(tu)2所示的堅固“閉環”電子繼電器解決方案而言
，這是一個不錯的實例。

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實時電流監視

電流檢測除了提供智能開關保護，檢測電阻上的信號放大和轉換後還允許數字化，並將數字化後的信號作為控製環路的“模擬”反fan饋kui信xin號hao。電dian流liu監jian視shi可ke以yi實shi時shi揭jie示shi很hen多duo負fu載zai的de工gong作zuo特te性xing。例li如ru，電dian動dong機ji消xiao耗hao的de電dian流liu與yu其qi扭niu矩ju成cheng正zheng比bi，因yin此ci可ke以yi推tui算suan出chu軸zhou承cheng摩mo擦ca阻zu力li的de變bian化hua趨qu勢shi
，而er且qie無wu需xu另ling外wai的de傳chuan感gan器qi就jiu可ke檢jian測ce各ge種zhong起qi動dong器qi的de狀zhuang態tai。其qi它ta負fu載zai(如照明)常常是用共用的電源以並聯方式驅動的，因此確定某些部分的負載是否在壽命已到時未能開路隻是精確度的問題。

實現上述功能的一個特別簡單的集成電路解決方案是電流檢測放大器
，淩力爾特公司的 LTC6102就是這種集成電路的一個實例，該器件為精確的單向高壓端汽車檢測而優化。圖3顯示了一個用LTC6102將通用電流檢測輸出連接到模數轉換器(ADC)輸入的典型電路實例。注意，LTC6102的輸出是電流，因此重建負載(R2)可以放置在與該集成電路有一段距離的地方
，而不會引入接地環路誤差。由於該集成電路具有極高的精確度

，甚至低於毫歐姆的RSENSE值也是實用的，因此熱量和電壓損耗最小。這個電路中增加的組件D1和R3提供電源反向瞬態保護。表1列舉了一些可用檢測放大器及其基本特性。

采用脈衝調製負載時需考慮的因素

就采用高頻脈衝寬度調製(PWM)技(ji)術(shu)產(chan)生(sheng)可(ke)變(bian)性(xing)能(neng)級(ji)別(bie)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)調(tiao)製(zhi)負(fu)載(zai)來(lai)說(shuo)，在(zai)設(she)計(ji)電(dian)流(liu)監(jian)視(shi)電(dian)路(lu)時(shi)還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)其(qi)它(ta)一(yi)些(xie)因(yin)素(su)。其(qi)中(zhong)主(zhu)要(yao)的(de)一(yi)點(dian)是(shi)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)需(xu)要(yao)足(zu)夠(gou)快(kuai)
，以(yi)在(zai)波(bo)形(xing)的(de)接(jie)通(tong)部(bu)分(fen)對(dui)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)做(zuo)出(chu)響(xiang)應(ying)。另(ling)一(yi)點(dian)是(shi)
，開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)不(bu)應(ying)該(gai)對(dui)電(dian)流(liu)讀(du)數(shu)保(bao)真(zhen)度(du)造(zao)成(cheng)太(tai)大(da)幹(gan)擾(rao)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，圖(tu)1(c)配置再次提供了最佳結果，因為這個電路的阻抗很低，共模問題最小。在期望得到平均負載電流(直流分量)的情況下，可以使用在模擬或數字信號處理(DSP)領域使用的後置濾波來去除與PWM有you關guan的de頻pin率lv分fen量liang。平ping均jun電dian源yuan電dian流liu值zhi與yu負fu載zai電dian流liu有you關guan是shi意yi料liao之zhi中zhong的de事shi
，這zhe個ge值zhi為wei主zhu觀guan性xing效xiao果guo提ti供gong了le一yi個ge良liang好hao的de指zhi示shi
，不bu管guan是shi燈deng的de強qiang度du還hai是shi起qi動dong力li都dou一yi樣yang。

監視H橋驅動器的電流

一個H橋式驅動器可以看作是以互補信號工作以產生雙向差分輸出的一對半橋。每個半橋可以看作是圖1(c)單向電路的擴展，即在圖1(c)配置上增加與負載並聯的低壓端開關。圖4顯示的是用一個LTC6103組成的電路，這兩個器件產生適合直接驅動ADC的差分輸出。像這樣的電路適用於車窗起落、環境氣氛控製等機製中的電動機
，而且無論在哪裏，都可完成逆向動作。

注意，對於負載接地故障，低壓端MOSFET不(bu)會(hui)受(shou)到(dao)過(guo)大(da)壓(ya)力(li)，因(yin)此(ci)監(jian)視(shi)高(gao)壓(ya)端(duan)的(de)每(mei)個(ge)半(ban)橋(qiao)就(jiu)可(ke)提(ti)供(gong)所(suo)有(you)需(xu)要(yao)的(de)信(xin)息(xi)。負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)可(ke)由(you)兩(liang)個(ge)半(ban)橋(qiao)的(de)單(dan)向(xiang)電(dian)流(liu)讀(du)數(shu)差(cha)確(que)定(ding)。另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)有(you)符(fu)號(hao)數(shu)值(zhi)控(kong)製(zhi)
，因(yin)此(ci)一(yi)個(ge)高(gao)壓(ya)端(duan)開(kai)關(guan)100%接通時，準確測量負載電流無需占空比校正。

結束語

在(zai)現(xian)代(dai)汽(qi)車(che)開(kai)發(fa)中(zhong)，電(dian)子(zi)驅(qu)動(dong)功(gong)能(neng)正(zheng)在(zai)猛(meng)增(zeng)。經(jing)濟(ji)的(de)控(kong)製(zhi)設(she)計(ji)雖(sui)然(ran)需(xu)要(yao)堅(jian)固(gu)性(xing)，但(dan)是(shi)增(zeng)加(jia)了(le)以(yi)閉(bi)環(huan)方(fang)式(shi)監(jian)視(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)。無(wu)論(lun)驅(qu)動(dong)器(qi)是(shi)單(dan)端(duan)還(hai)是(shi)H橋型
，高壓端電流檢測都是最實用的實現監視器功能的方法。LT6100係列提供了豐富的電流檢測放大器選擇，該係列集成電路可滿足多種應用的特定需求

，如組成精確度/效率
、工作電壓、高溫工作監視解決方案以及經濟實用的高壓端監視解決方案。