1.前言

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

汽車系統(tǒng)中半導體含量的快速增加促使需要管理每個子系統(tǒng)中的關鍵電壓和電流。監(jiān)控電源電壓、負載電流或其他重要系統(tǒng)功能有助于指示故障情況、防止災難性故障并保護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)的燃燒動力汽車相比，混合動力電動汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 面臨著一些不同的挑戰(zhàn)。HEV 和 EV 車輛具有許多需要監(jiān)控電壓和電流的系統(tǒng)，包括車載充電器 (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基本電路：使用差分放大器 (DA) 的低側電流檢測、在線隔離電流檢測和使用衰減的高電壓檢測達。

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

圖 1：典型的 HEV/EV 系統(tǒng)

雖然我們不會在這篇文章中介紹子系統(tǒng)的操作，但設計人員有時會使用分立 DA 進行低側電流檢測（如圖 2 所示），尤其是當負載電流是雙向的或者他們需要一個小的參考電壓來支撐時輸出到大于放大器的最小輸出擺幅的已知值。對于印刷電路板 (PCB) 布局，您應該開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：用于低側電流檢測的差動放大器

公式 1 給出了該電路的傳遞函數(shù)，假設 R 4 = R 2且 R 3 = R 1。此應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，共模電壓可能不會接近地，因為它實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飽和。

圖 3 描繪了一種高邊、直插式隔離電流檢測解決方案。該AMC1200是差分式，差動輸出隔離放大器。隔離放大器有助于保護低壓電路免受高共模電壓的影響。DA 將差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，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 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 ）非常適合此應用。

圖 4 和圖 5 描繪了衰減 DA 和相應的 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，設置為中間電源的參考電壓會偏置輸出。選擇放大器時，請務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 ,因為它具有較寬的共模范圍。

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 R 4 = R 2且 R 3 = R 1。請注意，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子系統(tǒng)中的三種常見電路。此外，我強調(diào) HEV/EV 應用使用電壓和電流感應來監(jiān)控關鍵系統(tǒng)功能，有助于最大限度地延長車輛使用壽命。