寬電流傳感拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)高精度12V汽車(chē)電池的高側(cè)檢測(cè)

為了提高新車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，汽車(chē)中越來(lái)越多的功能正在電子化，以減少內(nèi)燃機(jī)的連續(xù)負(fù)載。這些功能包括水、油和燃料泵，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于電力負(fù)荷是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移到汽車(chē)電池，保持電池充電和正常工作的要求變得更加重要。

對(duì)于汽車(chē)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，電池傳感器是一個(gè)極其重要的元件：它通過(guò)LIN總線(xiàn)連接電氣系統(tǒng)的電子控制單元(ECU)，用于顯示充電狀態(tài)、正常狀態(tài)和功能讀數(shù)狀態(tài)。

通常情況下，電池傳感器位于電池負(fù)極，用于測(cè)量低側(cè)電流、電壓和溫度。電池傳感器的工作原理是同時(shí)捕捉1kHz的采樣率下的電池電流和電壓值。這需要極高精度的充電狀態(tài)測(cè)量，并能夠動(dòng)態(tài)跟蹤電池阻抗?；诜至鞯牡蛡?cè)電流檢測(cè)零偏移高精度測(cè)量系統(tǒng)與電壓檢測(cè)功能同步運(yùn)行，可在幾乎零插入損耗的情況下滿(mǎn)足精度要求。它適于在惡劣的汽車(chē)環(huán)境下使用。

但如果電池傳感器位于正極，作為一個(gè)高側(cè)傳感器運(yùn)行時(shí)，情況會(huì)怎樣呢？汽車(chē)設(shè)計(jì)師將能夠改變和優(yōu)化控制網(wǎng)絡(luò)12V的水平。第一種方法將受到功率脈沖的影響，需要復(fù)雜且難度很大的EMC對(duì)策。而第二種方法針對(duì)其可靠性和功耗問(wèn)題，需要使用昂貴的分立元件。

而如今，一個(gè)由奧地利微電子開(kāi)發(fā)的全新汽車(chē)電池檢測(cè)方法將可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制造商要求的高側(cè)電池檢測(cè)的準(zhǔn)確性、精度和魯棒性。它可確保利用電池高側(cè)的一個(gè)100μΩ分流電阻拾取精確的信號(hào)，適用于從1mA到大于1kA的電流范圍，幾乎沒(méi)有插入損耗。更重要的是，它實(shí)現(xiàn)了極低電流消耗下(約80μA)的待機(jī)電流、電壓和溫度監(jiān)控模式，且在正常運(yùn)行中不會(huì)斷開(kāi)電池-- 這是汽車(chē)電池傳感器至關(guān)重要的要求。

它的實(shí)施沒(méi)有EMC方面的難度，因?yàn)橥ㄟ^(guò)共模抑制和ADC濾波器不僅消除了EMC，系統(tǒng)的輸出也可以經(jīng)由一個(gè)現(xiàn)有的ECU，降低了BOM成本。

分流電阻規(guī)格

本文描述著重于傳感器的信號(hào)調(diào)理、電源管理和通信層。電流檢測(cè)需要使用一個(gè)低插入損耗的100μΩ分流電阻，它與串聯(lián)負(fù)載的電池正極連接(見(jiàn)圖1)。

圖1：用于高側(cè)汽車(chē)電池檢測(cè)的奧地利微電子雙芯片傳感器接口功能模塊

(負(fù)載、斬波器、PGA+電平轉(zhuǎn)換、禁用斬波、旁路PGA、DSP+接口、Chopclock同步)

如上所述，汽車(chē)電池傳感器對(duì)精度的要求非常高。顯然，分流電阻的溫度漂移必須非常小，因?yàn)槿魏畏至麟娮柚灯贫紝⒅苯佑绊憘鞲衅鳟a(chǎn)生的電流讀數(shù)。

由于這個(gè)原因，這里描述的奧地利微電子的電路采用了一個(gè)德國(guó)伊薩公司(Isabellenhuette)的100μΩ BAS分流電阻。這種分流電阻使用錳銅合金作為電阻性元件。其溫度系數(shù)不僅低，且同樣重要的是它的塞貝克系數(shù)與銅相似。這意味著，當(dāng)插入到一個(gè)銅軌時(shí)，由于信號(hào)產(chǎn)生而形成的熱電偶效應(yīng)是微不足道的。分流電阻值隨時(shí)間的變化也很小，且可以預(yù)見(jiàn)。

極寬的測(cè)量范圍

汽車(chē)電池傳感器設(shè)計(jì)中最有挑戰(zhàn)性的方面是在很寬的電流范圍--1mA至1kA下進(jìn)行非常精確的測(cè)量。這要求傳感器接口的測(cè)量范圍大于100mV，且分辨率優(yōu)于1μV。

這種測(cè)量系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：

* 噪聲非常低

* 高線(xiàn)性

* 零偏移

無(wú)偏移測(cè)量系統(tǒng)通常采用連續(xù)偏移消除技術(shù)。本文提及的高側(cè)電池傳感器解決方案是通過(guò)一系列信號(hào)調(diào)理功能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的零偏移：

* 斬波模擬傳感器信號(hào)

* 放大和電平移位斬波信號(hào)

* 對(duì)數(shù)字化信號(hào)

* 數(shù)字域再斬波

這種架構(gòu)有助于消除偏移和傳感器接口的整個(gè)測(cè)量路徑的低頻噪聲成分。