【導讀】混合動力汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 的普及為汽車設計帶來了新的活力。HEV 和 EV 不再使用傳統的 12V 鉛酸電池（主要用於產生足夠的火花來啟動發動機），而是采用固態電池，類似於智能手機電池，但規模要大得多。這些新的電池管理係統 (BMS) xuyaogaojingdudianliuceliangyimanzugezhongcaozuomoshi。cheliangtuijinhedianchichongdianshigongzuodianliufanweigaoduandeshili
，ercheliangguanbitongxinshididianliucaozuomoshideshili。

混合動力汽車 (HEV) 和電動汽車 (EV) 的普及為汽車設計帶來了新的活力。HEV 和 EV 不再使用傳統的 12V 鉛酸電池（主要用於產生足夠的火花來啟動發動機）

，而是采用固態電池，類似於智能手機電池，但規模要大得多。這些新的電池管理係統 (BMS) xuyaogaojingdudianliuceliangyimanzugezhongcaozuomoshi。cheliangtuijinhedianchichongdianshigongzuodianliufanweigaoduandeshili，ercheliangguanbitongxinshididianliucaozuomoshideshili。

jiejuezheyishuangxiangtiaozhanxuyaofeichangqiegongzuofanweikuandedianliuceliangjiejuefangan。benwenjieshaoleruhequedingfenliudianzuzhiyichulicheliangyundonghuodianchichongdiansuoxudegaogongzuodianliu。benwenhaiyanjiulegezhongtidaifanganjiangruheyingxiangdianliudeceliang。

汽車 BMS 中的電流感應

圖 1說明了電流測量解決方案在 BMS 中zhong的de放fang置zhi位wei置zhi，無wu論lun是shi位wei於yu電dian池chi堆dui頂ding部bu還hai是shi電dian池chi堆dui底di部bu

，具ju體ti取qu決jue於yu分fen流liu電dian阻zu相xiang對dui於yu電dian池chi輸shu出chu和he電dian池chi接jie地di的de位wei置zhi。對dui於yu電dian動dong汽qi車che
，由you於yu電dian池chi堆dui頂ding部bu的de電dian壓ya較jiao高gao

，因yin此ci電dian池chi堆dui底di部bu是shi的de實shi現xian方fang式shi。對dui於yu 48 伏和 12 伏 BMS 實現，任一位置均可。與電池堆底部相比
，電池堆頂部的主要優勢在於電池堆與係統接地直接連接。

簡化的汽車 BMS 電路圖圖 1簡化的汽車 BMS 電流測量位置，標識為堆棧頂部或堆棧底部。來源：德州儀器

高電流工作模式（例如車輛行駛或電池充電期間牽引電機的接合）可能超過 1,000 A。低電流工作模式（例如車輛關閉通信和係統監控）可以低至 1 A 以下。除了寬動態範圍之外，BMS 還需要雙向電流測量，在電池充電期間吸收電流
，而在車輛運行時提供電流。

寬動態範圍給確定分流電阻的值帶來了挑戰。電流（通常超過 1,000 A）加上測量係統的滿量程輸入範圍將決定可能的分流值。在電流範圍的另一端
，即低於 1 A 時，可能有兩個挑戰需要克服：由放大器失調 (V OFFSET ) 引起的誤差和由放大器偏置電流 (I BIAS )引起的誤差，後者是輸入引腳拉出信號的電流。考慮第二個誤差的簡單方法是 I BIAS與測得電流的比率。對於大多數電流檢測放大器，I BIAS遠低於 100 ?A。因此，隻要電流範圍至少為 100 mA，偏置電流誤差貢獻就應該可以忽略不計。

計算分流電阻值

如前所述，BMS 需要能夠進行雙向電流測量的設備；因此，在確定相應的分流值時
，我們假設對稱雙向電流為 ±1,000 A。要使用模擬輸出電流檢測放大器測量雙向電流，請使用參考電壓 (V REF ) 在差分輸入為零時設置輸出電平。對於對稱操作，這通常設置為電源電壓的 50%。現在您知道了電源電壓，您可以使用公式 1 確定模擬輸出電流檢測放大器的滿量程輸入電壓：

V滿量程輸入= （V電源-V擺幅至電源-V REF）/增益 (1)

使用增益（包括放大器的增益誤差和溫度漂移）將得到“”預期單向滿量程輸入電壓。將單向滿量程輸入範圍除以單向電流 (1,000 A) 可得到分流電阻值。

作為模擬電流檢測放大器的替代方案

，讓我們考慮一下 TI 的數字電源監視器INA229-Q1。數字電源監視器是專用於測量電流的專用模數轉換器 (ADC)。使用數字電源監視器，ADC 的滿量程輸入範圍與典型 ADC 的滿量程輸入範圍不同，以適應分流電阻器上的小信號電壓降。INA229-Q1 電源監視器的滿量程輸入範圍為 ±163.84 mV，這使得計算分流電阻值變得相當簡單，因為您隻需將滿量程輸入除以單向電流即可。

表 1總結了確定三種不同器件選項能夠測量 ±1,000 A 的分流電阻值的關鍵規格和計算方法。我們將使用INA190-Q1芯片的兩個增益選項（25 V/V 和 500 V/V）作為進行計算的模擬選項。

　表 1有助於確定 INA190A1、INA190A5 和 INA229-Q1 的分流電阻值（可測量 ±1,000 A）的關鍵規格和計算方法。資料來源：德州儀器

為了確保在電流下完全線性運行
，所選的實際分流電阻值需要比計算值低
，以便將分流電阻的公差變化以及 INA190-Q1 模擬輸出選項的電源電壓和參考電壓考慮在內。因此，在其餘計算中，我們將對 INA190A1 使用 90 ?Ω，對 INA190A5 使用 4.5 ?Ω，對 INA229-Q1 使用 100 ?Ω 和 50 ?Ω。

計算 V OFFSET對誤差的影響

使用選定的分流電阻值
，現在是時候確定可以準確測量的電流了。TI精jing密mi實shi驗yan室shi關guan於yu電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi的de培pei訓xun係xi列lie提ti供gong了le一yi種zhong方fang法fa來lai確que定ding在zai各ge種zhong工gong作zuo條tiao件jian下xia可ke以yi預yu期qi的de誤wu差cha。由you此ci，您nin知zhi道dao隨sui著zhe負fu載zai電dian流liu的de減jian小xiao
，誤wu差cha主zhu要yao由you失shi調tiao誤wu差cha決jue定ding。為wei了le簡jian化hua計ji算suan，我wo們men將jiang僅jin使shi用yong放fang大da器qi失shi調tiao誤wu差cha和he增zeng益yi誤wu差cha以yi及ji由you公gong式shi 2 表示的方和根方法：

　表 2 INA190A1、INA190A5 和 INA229-Q1 在選定輸入電流和選定分流電阻值時的誤差計算。來源：德州儀器

低 V OFFSET解決方案可實現五十年的測量

表 1 中的誤差計算表明
，500 V/V 選項將提供很小的動態範圍，因為分流電阻的值太低

，無法測量低電流，即使使用非常低的偏移放大器也是如此。如果應用中可以接受 25% 的誤差
，則增益為 25 的選項可以實現四十年的能力。INA229-Q1 的 1 ?V 偏移和 10 nV/°C 漂移可在選擇兩個分流電阻值中的任何一個的情況下實現五十年的測量動態範圍。工程師需要在峰值 I 2 R 功耗與係統的低電流精度要求之間進行權衡，以確定他們是否可以實施實際的分流電阻。

由於 INA229-Q1 是一款專用 ADC，因此了解它是否也能解析這種低電平信號非常重要。INA229-Q1 是一款 20 位 delta-sigma ADC，其中一位為符號位。將滿量程輸入除以 19 位可得出每個有效位 312.5 nV，這相當於 100 ?Ω 分流電阻上的 2.9 ?A 或 50 ?Ω 分流電阻上的 5.8 ?A。這兩個電平都遠低於偏移誤差電平
，這意味著 ADC 能力不是測量的限製因素。

這些計算結果類似
，可以實現 50 年的測量，無論本文中汽車 BMS 應用的電流是 1,000 A，還是工業應用（如測試和測量或光網絡模塊）的電流是 1 A。分流電阻值將按相同的 1,000 beisuoxiao，zhehuidaozhidianliuzengjiayiqianbei，yidadaoxiangtongdewuchashuiping。zhengrubenwenkaitousuoshu，dangdianliufanweikuozhandaohaoanfanweiyixiashi，ninxuyaokaolvqianzaide I BIAS誤差。INA229-Q1 的超低 I BIAS為 2.5 nA，可實現微安範圍內的測量。

測量多達五個十進製的電流（這是的汽車 BMS 所需的）是一項挑戰，到目前為止還沒有簡單的答案。1 V V OFFSET、10 nV/°C 失調漂移
、154 dB 共模抑製比和 2.5 nA I BIAS的組合在 125°C 時提供 2.02 V 的失調。無論應用需要的電流是 1 A 還是 1,000 A，這種性能使工程師能夠測量多達五個十進製。

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