感测电流：走高（侧）还是走低？资料下载

作者：Bill Schweber, Mouser Electronics 感测电流：走高（侧）还是走低？ 即使上述所有项目都得到了妥善处理，设计师还必须解决的一个主要问题是：到底是使用串联电阻的高测还是低测来感测。没有哪个方法一定超出另外一个，但是选择其中的任意一个，都代表着在该应用场景下需要考虑一些权衡以及影响。 在采用低侧检测时（图4a），该电阻连接在电机的“负载”以及系统共地（通常被称为“地”，即使它并非连接到真正的“地”）之间。因此，感测电阻两端电压的电路也可以接地。这简化了感测电路的设计和实现，也简化了与下一阶段反馈子系统的接口的设计。 图4A：低侧感测将电阻放置在负载和地之间。 然而，低侧感测方法也意味着负载本身不再接地。这严重的影响了负载的物理连接和用户的安全性。由于负载的低侧在地之上，它任何一部分都不再连接到地，如汽车底盘或接地外壳;相反地，它必须与地进行电气隔离。此外，由于负载的低侧不再处于地电平，驱动负载以及负载两端电压测试的电路（这与感测电阻两端读数不同）必须差分化或通过一个接地隔离电路。 另一种检测方法是高侧检测，其中感测电阻处于电源轨和负载之间，而负载本身保持接地（图4b）。从负载安装和总体安全性角度来看，这一做法要好得多，但它也意味着，该检测电阻电路不能直接与地相连。相反，它必须使用基于仪表放大器的差分放大器，或甚至使用电隔离部件进行隔离。与可以连接到地的电路相比，这种做法较为复杂并且成本也更高。此外，感测电路必须设成与该系统共模电压模式下工作，并具备较高的CMRR（共模抑制比）以感测和提取几十甚至上百伏电压中的相当微小的变化（毫伏范围）。 图4B：高侧感测方法将电阻放置在电源轨与负载之间。低侧和高侧感测方法同时提供明确定义的电气、安全性和安装属性。 尽管具体到每个应用会有不同选择，但多数设计师选择高侧做法。这是因为它解决或避免了非接地负载不可避免的一些挑战性的电气、安全性和安装问题。此外，使用小电压的高侧电流感测电路（使用差分放大器和隔离部件）成本适度，面积也较小。 不管使用高侧还是低侧感测方法，电阻决定必须在许多因素间做出权衡：正确的欧姆值（第一要素）、足够的额定功率，以及匹配应用的物理封装。 连接器也不能被忽视 设计师在选择车载电机的连接器时必须记住两个基本事实。这些到底适用于内燃机设计车辆（汽油、柴油，甚至是氢动力）还是具备更高电流和电压的HEV/ EV： 1.更大的电流需要更大的接触，以承载电流，最小化IR损耗，降低I2R自发热;反过来，这些接触也需要更大型的连接器。 2.更高的电压，即使在低电流下，要求接触之间的分离更大，以满足爬电距离和电气间隙的安全要求，保证接触之间没有火花或飞弧。 （注：爬电距离是飞弧跨越的表面测量距离，如印刷电路板上两个迹线之间的距离，或跨越一个连接器或一个集成电路芯片的距离。电气间隙是指飞弧在空气中传输的最短距离，如一个连接器或一个集成电路芯片的一个引脚到另外一个引脚的距离）。 接触大小和强制间距规定，这两个因素一起决定了可用的连接器选择。此外，一些多管脚连接器被设计成混合了各种电流/电压规格，以节省空间和成本。有些电机连接器的是唯一考虑因素是电源，而控制网络总线是另外一种做法，采用与其匹配的连接器;其它一些实现则将电源和控制功能集成到一个单一的接口中。 例如， Molex93288-0001是一个针对信号传输和低/中等电源轨的84接触公连接器壳体（图5a）。它与Molex93287-0001母壳体紧密配合（图5b）。这个组合采用压接触，在使用AWG14（MX150）线时，它们的额定电流为6 A，并具备30⁰C的温升（满载），虽然个别接触最多可处理18 A电流。公连接器是面板式安装设计，该配对针对汽车防火墙应用，传递驾乘舱和发动机舱之间的信号和电源。 图5A：Molex公司93288-000184触点公头外壳。内燃机和电动/混合汽车使用大量的标准和自定义电气连接器，以及多管脚连接器，以节省空间，并减轻线束设计。 （来源：Mouser/Molex） 图5B：针对防火墙反馈应用的Molex93287-0001母头采用压接导线连接器，可以处理大量的信号和电源轨。 （来源：Mouser/Molex） 无论采用哪个选择，有信誉的供应商都会指明最大电流和电压额定值（在额定温度和最高温度前提下），并说明在指定设计情况下该连接器会遵循哪些监管标准。也有适用于特定电机应用和车内位置的温度和易燃性额定评级。 当前的汽车有几十个电机和上百连接器，各自选择的基准是满足应用的独特需求和成本、可用性和采购选项意见。退一步，它会引发对应的一个复杂布线、原理图、线束装配图纸、安装说明和材料清单。 附加阅读资料 •来自Analog Devices“通过提高低值分流电阻的焊盘布局，优化高电流检测精度” •德州仪器（TI）的选“择合适的感测电阻布局” 作者简介 Bill Schweber 是一位电子工程师，撰写了三本电子通信系统教材，以及数百篇威廉希尔官方网站 文章，意见专栏稿件和产品说明书。他曾经从事过 EE Times多个主题的威廉希尔官方网站 网站经理，以及EDN的执行主编和interwetten与威廉的赔率体系 主编。 在ADI公司（模拟和混合信号IC的领先供应商）， Bill 负责营销传播（公共关系）;因此，他一直扮演威廉希尔官方网站 PR的两种不同角色，一方面展示公司的产品以及理念，并给媒体传达信息，另一方面也从他们中接收反馈意见。 在为Analog做市场传播的之前，Bill是他们备受推崇的威廉希尔官方网站 杂志的副主编，同时也做过产品营销以及做过应用工程团队的工程师。而在这之前，Bill工作于Instron公司，做手工模拟与电源电路设计和材料测试机控制的系统集成。 他拥有电子工程硕士学位（Mass大学）和电子工程学士学位（哥伦比亚大学），是一位注册专业工程师，并拥有高级班业余无线电证书。Bill还从事包括MOSFET基础知识、ADC选择、驱动LED在内的各种工程主题的策划、编写和在线课程传授。 (mbbeetchina)