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在汽车电子系统中，大电流的检测是一个至关重要的环节，它直接关系到车辆的安全性和可靠性。为了实现对大电流的精确检测，工程师们通常会采用两种主要的技术手段：基于磁场的检测方法和基于分流器的检测方法。这两种方法各有优缺点，但在实际应用中，尤其是在需要高精度和高可靠性的场合，往往会同时使用这两种方法，以确保检测结果的准确性和稳定性。

以车窗控制系统为例，防夹功能是确保乘客安全的重要特性之一。为了实现这一功能，系统需要实时监测车窗电机的电流变化。当车窗在上升过程中遇到障碍物时，电机的负载会突然增加，导致电流急剧上升。通过同时使用基于磁场和基于分流器的检测方法，系统可以迅速捕捉到这一电流变化，并及时停止或反转车窗的运动，从而避免夹伤乘客或损坏车窗机构。

基于磁场的检测方法通常利用霍尔效应传感器来测量电流产生的磁场强度，进而推算出电流的大小。这种方法具有非接触式测量的优点，不会对电路产生额外的负载，且响应速度快，适用于高频电流的检测。然而，它的精度可能受到外部磁场的干扰，因此在复杂电磁环境中使用时需要特别注意。

基于分流器的检测方法则是通过在电路中串联一个低阻值的分流电阻，测量电阻两端的电压降来计算电流。这种方法具有较高的精度和稳定性，尤其是在大电流测量中表现优异。然而，分流器本身会消耗一定的功率，且在高频电流测量中可能会受到寄生电感的影响。

在汽车电子控制系统中，工作电流的范围通常在1到100安培之间。这一范围的电流既包括了低功率电子设备的微小电流，也包括了高功率驱动系统的大电流。因此，选择合适的电流检测方法对于确保系统的稳定运行至关重要。通过结合基于磁场和基于分流器的检测方法，汽车电子系统可以在各种工况下实现对大电流的精确监测，从而提高整车的安全性和可靠性。

其中：基于磁场的检测方法主要依赖于电流互感器和霍尔传感器等技术手段。这种方法因其出色的电气隔离性能和较低的功率损耗，在电源驱动技术和大电流领域得到了广泛应用。然而，它也存在一些明显的不足，例如设备体积较大，且在补偿特性、线性度以及温度特性方面表现不尽如人意。这些缺点在一定程度上限制了其在某些高精度或空间受限场景中的应用。

分流器方法则是另一种常见的电流检测手段。随着高精度低阻值电阻器的快速发展，这种方法因其成本效益高和测量精度优异，在汽车电子等领域得到了广泛采用。分流器的基本原理是在电流路径中串联接入一个低阻值的检测电阻，这样会在电阻两端产生一个微小的电压降。通过放大这个电压降，就可以得到一个与电流成正比的信号，从而实现电流的精确测量。由于分流器方法在精度方面具有显著优势，因此本文将重点探讨其应用细节。在电阻的布局上，分流器方法主要分为低边电流检测和高边电流检测两种不同的配置方式，具体如下图所示：这两种配置方式各有优缺点，需要根据具体的应用场景和需求进行选择和优化。

(1)高边电流检测

将检测电阻放在电源和负载之间,由于配置在电源端可以轻易地避开地偏移的问题,并且可以通过该电路完成对电源的短路检测。当然高端检测存在着很多的问题和设计风险,主要包括:

①由分立的器件搭建成的高边检测电路往往精度不高,这是因为需要考虑电路检测的精度误差,包括配对的电阻精度的误差、运放的输人偏置电压和输人偏置电流的误差等,并且共模电压也会对运算放大器产生一定的影响。

②)运放的工作电压和浪涌电压抑制的问题,普通的MOS工艺的集成芯片最高工作电压为18V,采用改进的高压MOS可增加为36V。当运放的输入端至于电源上,将要直接面对电源线的干扰。传统的保护汽车电源TVS,一般最高电压是设置在40V左右,就有可能在完

全开启之前导致损坏。

③负电压输人的问题:由于负载的电源与运放的电源一般不是同一根熔丝引出,在模块电压缺失同时负载电源提供时,运放的输入端产生负电压,则有可能将运放烧毁。

④潜在的潜人路径的问题:由于有上面的需求,往往需要给运放电源端提供双电源同时供电的情况。一般可采用双二极管的方式,但是存在着一定的潜在路径,负载电源通过击穿二极管的方式为模块供电,这个设计较为复杂。

(2)低边电流检测

将检测电阻放在负载和电路地之间,那么该电阻上形成的压降可以用基于简单的运算放大器组成的差分放大电路进行放大。从系统角度看,这种检测方法引人的可能会造成地线干扰,比如5mΩ电阻,在启动电流100A下,会产生0.5V的电压:最为关键的还有地线偏移的情况

出现,这是由于运放的电源一般采用板内逻辑电源,而检测的负载的地线是独立的,则会造成1V的电压偏移。

目前经过AECQ认证的运算放大器如LM2902和LM2904的输人电压最大为一0.3V-1V的电压会让运放在几秒内烧毁。最为简单的解决方法,在运放输人端上加人电容和肖特基二极管,如图7.19所示。通过肖特基的电压钳位可以保证输入端的电压在一定的范围之内。

当然还有另外一种方法,如图7.20所示,通过把电位抬高可以将整个电路从地偏移的问题中解脱出来;并且可在无电流通过时采用自动矫正的方式得到零点,通过这样的处理可以大大提高精度,此时运放的失调电压、失调电流和偏置电流的影响将会降到最低。

特别需要对运放的精度进行说明,考虑运放的电路,一定要考虑以下几个非理想的参数，这些参数将决定运放电路的实际测量结果。

①失调电压:表示使输出电压为零时需要在输人端口作用的电压差。当构成输入端差分放大器的管子参数并不是完全对称时,这就引起了失调电压。通常是在输人端加一个与之反相的电压来抵消这一电压。

失调电压的温度漂移:失调电压是随着温度的变化而改变,一般在说明书中采用失调电压的温度系数来使用。如果给出了全温度范围内的最大数据,则可以采用折算的办法。

②)偏置电流:指运放输入级电流平均值,由构成输入端差分放大器管子的基极或栅极电流构成。运算放大器不提供输人级偏置电流的电流源,是为使运放能获取尽可能宽的共模输人电压范围。此参数越小代表信号源内阻对运放的影响越小,

同时它也影响着输人失调电流

③ 失调电流:指流人两个输人端的电流之差,也就是两个输人端管子的偏置电流差值。因此,在这里可以运用“虚短”和“虚断”的概念联立以下的4个等式,可以获得检测电路1的计算方法。