2. 因为开关置于高电压端,所以购买和驱动这种开关的成本都比较高。PWM驱动需要在微控制器的逻辑输出和门电路之间做谨慎的电平转换。
3. 需要附加电路来检测对地短路,因为短路电流不流过分流器。如果检测不到对地短路(见图1),可能会出现接线和场效应管(FET)损坏。
4.
这种测量可能不稳定,实际上,因为“接地”并不是理想的通用连接,图中用倒三角形表示。在实际的应用中,“接地”可能不是实际意义上的“接地”。因此由运算放大器的地和分流器的地之间的电流引起的电压降会造成很大的误差。
采用低端开关的高端电流检测
一种比较好的螺线管驱动方法是采用以地为参考端(见图2)的开关,从而可以使用低成本的低端开关。
这样可以显著地改进测量结果,因为在测量中包含了螺线管的回流电流。另外,还可以降低驱动成本,因为无需对门电路进行电平转换。
图2. 采用低端开关和高端检测的ECU
然而,放大器必须具有高共模抑制比,而且必须能够抑制大共模电压(CMV)。本例中分流器的电压值会从电池电压到电池电压加上二极管压降之间变化。其原因解释如下:当开关闭合时分流器的共模电压值仍然保持为低阻抗电池电压。当开关断开时,因为螺线管的电感特性其两端的电压会反向,从而导致共模电压包含箝位的二极管压降——尽管只是瞬态电流流过——在稳定到电池电压之前。
这种驱动方法的一个重要优点是它可以检测到对地短路,因为高端电流会流过分流器——正如图2所示。
在采用这种电流检测方法时主要关心的问题是电池的高端总是连接到螺线管。如果存在一种断续的对地短路的话,这可能导致意外的螺线管开关。另外,对螺线管持续施加电压会造成过量腐蚀。
采用高端开关高端电流检测
图3示出了一种配置,它将意外的螺线管激活和过量腐蚀的可能性降到最低,其中开关和分流器都接至高压端。当开关断开时,便给螺线管撤除了电池电压,从而防止了潜在的对地短路损害,而且允许回流电流也包括在测量值中。当开关断开时,电池电压从负载上撤除,所以消除了由电压差引起的腐蚀效应。
图3. 采用低端螺线管和高端开关及检测方法的ECU
然而,在这种情况下,当开关断开时螺线管两端的反向电压会引起共模电压的大幅度摆动,从电池的高端电压摆动到比地电位还低一个二极管压降的电压(反向电压受箝位二极管的限制)。因此本应用中采用的放大器必须要能够提供分流器电压(或电流)的精确测量值,从而在开关断开时忽略共模电压的大幅度快速摆动。
当采用低端开关高端检测方案(见图2)时,就可能测量到对地短路,因为来自高端的螺线管电流全部都要通过分流器,如图3所示。
一种简单的高端电流测量电路
幸运的是,ADI公司(简称ADI)推出了AD8200单电源差分放大器,具有适合上述应用的全部特性——功能完整的单芯片封装集成电路(IC)。图4示出了AD8200在在ECU这类应用中测量高端电流的一个实例。这里,AD8200用于放大和滤波分流器的小差分电压,同时抑制前面提到的大共模电压摆动。AD8200可用于前面介绍的任何配置中。
图4. 使用AD8200的ECU,采用低端螺线管和高端开关及检测