在之前的文章,我們討論了低側(cè)電流測量——當(dāng)分流電阻器位于負(fù)載(或電源)和地之間時(shí)。低端檢測的優(yōu)點(diǎn)是共模電壓基本上為 0V,這是一種非常簡單直接的電流測量方法。最大的缺點(diǎn)是負(fù)載(或電源)通過分流電阻器與系統(tǒng)接地隔離(參見圖 1)。這可以防止檢測到可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的負(fù)載短路接地。這也意味著它是單端測量——稍后會(huì)詳細(xì)介紹。
測量系統(tǒng)中的電流是監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)的基本但強(qiáng)大的工具。借助先進(jìn)的技術(shù),電子或電氣系統(tǒng)的物理尺寸大大縮小,降低了功耗和成本,而在性能方面并沒有太大的折衷。每個(gè)電子設(shè)備都在監(jiān)控自己的健康和狀態(tài),這些診斷提供了管理系統(tǒng)所需的重要信息,甚至決定了其未來的設(shè)計(jì)升級。
我最近與您分享了TI 全新 Piccolo? F28004x 微控制器 (MCU) 系列的生產(chǎn)公告,該系列針對電源控制應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。 Piccolo F28004x 用于高性能電源控制的主要特性包括:
在本系列的第一部分中,我討論了與電流檢測放大器規(guī)格相關(guān)的概念,以及如何使用應(yīng)用要求來縮小器件選擇范圍。在本期中,我將討論電流范圍如何幫助得出分流電阻值,以及電流范圍和分流值如何與器件性能相結(jié)合,從而在精度和功耗之間進(jìn)行權(quán)衡。 直到最近發(fā)布的 TI INA250電流檢測放大器(稍后會(huì)詳細(xì)介紹),電流實(shí)際上并沒有通過電流檢測放大器。因此,被測量的電流范圍并不直接決定設(shè)備規(guī)格。
在本系列的前幾期中,我討論了實(shí)現(xiàn)備選方案以及這些決策如何影響設(shè)備參數(shù)以及受設(shè)備參數(shù)影響。在這篇文章中,我將解釋設(shè)備參數(shù)和系統(tǒng)因素如何影響可實(shí)現(xiàn)的精度。
在光網(wǎng)絡(luò)模塊和其他通信系統(tǒng)中,您可能必須精確控制某個(gè)組件的溫度。例如,激光器需要特定的溫度才能發(fā)射特定波長的光。圖 1 所示的熱電冷卻器 (TEC) 是一種常用設(shè)備,用于加熱或冷卻此類系統(tǒng)中的組件。
與傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制 (PWM) 電源轉(zhuǎn)換器不同,諧振轉(zhuǎn)換器的輸出電壓通過頻率調(diào)制進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此,諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法將不同于 PWM 轉(zhuǎn)換器。 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器透過設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生諧振的方式,實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)元件的軟切換,能顯著的提升轉(zhuǎn)換器效率,因此廣受業(yè)界喜愛。但你是否也覺得 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償難以調(diào)整,Transient Response 太慢?系統(tǒng)頻寬太低?單純的電壓回授已經(jīng)無法滿足設(shè)計(jì)需求,但是受限于 LLC 無法使用峰值電流模式控制,沒辦法設(shè)計(jì)更優(yōu)化的回授與補(bǔ)償器?
為了應(yīng)對工業(yè)和汽車行業(yè)日益嚴(yán)格的電源要求,多相設(shè)計(jì)是當(dāng)今工程師的熱門選擇。對于超過 25A 的電流要求,越來越多的設(shè)計(jì)人員選擇多相方法,因?yàn)樗鼈兙哂嘘P(guān)鍵優(yōu)勢。與單相設(shè)計(jì)相比,多相提供更低的輸出紋波電壓,以及更好的瞬態(tài)性能和更好的熱性能,從而提高整體效率。
在本文的第 1 部分中,我討論了交錯(cuò)同步降壓的四個(gè)相位以最小化輸入/輸出電壓紋波并提高熱性能的必要性。您可以通過遵循一些關(guān)鍵布局指南來進(jìn)一步提高熱性能,以確保功率在所有四個(gè)相位上均勻耗散。
工程師選擇關(guān)鍵功率元件后必須計(jì)算補(bǔ)償值;這通常是通過非直觀的數(shù)據(jù)表方程完成的,因此您可能不確定這些值是否正確。要確定,您需要在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建電源并測量其穩(wěn)定性。 電壓模式和 CM 降壓轉(zhuǎn)換器的不同之處在于其內(nèi)部電路有些復(fù)雜。為了建模,有兩個(gè)簡單的模塊:誤差放大器和功率級增益。誤差放大器查看輸出電壓,將其與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較,并生成誤差信號(hào)。功率級增益模塊是用于 VM 轉(zhuǎn)換器的簡單電壓增益 (V/V),或用于 CM 轉(zhuǎn)換器的跨導(dǎo)增益 (A/V)。
電流檢測電阻器,也稱為分流器,是測量電流的首選技術(shù)。為了不對電流產(chǎn)生不利影響,分流器的電阻值較小,在兩端產(chǎn)生成比例的小電壓。因此,設(shè)計(jì)人員必須利用放大此小電壓的電路,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 進(jìn)行上游轉(zhuǎn)換。 分流電阻器兩端的小電壓通常必須從數(shù)十或數(shù)百毫伏增加到零點(diǎn)幾伏。此任務(wù)通常由運(yùn)算放大器或電流檢測放大器來執(zhí)行。電流檢測放大器是一種專用運(yùn)算放大器,集成了激光微調(diào)的精密電阻網(wǎng)絡(luò),用以設(shè)置增益。通常,放大器電壓增益大約為 20 到 60 級,有時(shí)甚至更大。
車輛中 48V 電池系統(tǒng)的激增產(chǎn)生了對高精度、數(shù)十年電流測量的需求,以最大限度地提高電池管理系統(tǒng) (BMS) 的效率。在本文中,我將討論測量長達(dá)五個(gè)十年的電流時(shí)面臨的挑戰(zhàn),并分析解決這一挑戰(zhàn)的方法。我還將討論其他診斷功能如何幫助您進(jìn)行功能安全計(jì)算。
在電源中進(jìn)行出色的效率測量需要許多因素,但我們這里主要關(guān)注溫度穩(wěn)定性。其他問題包括測量和分流器的質(zhì)量和校準(zhǔn)。由于效率需要兩次電壓和兩次電流測量,因此使用的電壓和電流表的誤差可能會(huì)疊加。借助最好的手持式儀表(每個(gè)約 400 美元)和勤奮的校準(zhǔn),這種“疊加”可以將總體誤差限制在 1% 左右。使用更高質(zhì)量的臺(tái)式儀器和經(jīng)過良好校準(zhǔn)的分流器,該誤差可以減少到 0.1% 左右。
LED 技術(shù)為各種大功率照明應(yīng)用打開了大門。圖 1中的電路可以讓我們知道交流電源何時(shí)可用。從交流線路驅(qū)動(dòng)功率 LED 需要轉(zhuǎn)換器或類似裝置。在該電路中,無源IC極大地簡化了整體設(shè)計(jì)。我們還可以簡化電路以使用直流電源運(yùn)行,這樣我們就可以使用汽車電池在夜間提供照明。
有沒有想過充電器的功率水平如何不斷增加(例如利用 USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)),但尺寸仍然很???在充電器兼作暖手器并變得不可靠之前,我們只能在密封的塑料盒內(nèi)消散這么多的電量。你必須達(dá)到更高的效率。