高压电压采样方案研究

  电动汽车很多应用中都离不开高压电压采样,比如在BMS以及MCU(电机控制器)中都必须用到。一般MCU中只采一路就可以了,功能安全方案采两路。BMS中可能采集更多。
  高压电压采样设计相对难一点,需要高低压隔离,而且电压范围宽,还需要线性度较好。
  以下对几种常用方案做一个简要对比。

一、隔离放大器

隔离放大器
隔离放大器常用型号有三款:

型号 厂商 增益误差@25℃ 非线性@25℃ 输入失调电压@25℃
ACPL-C87 Avago ±1%/±0.5% 0.05% -0.3mV
AMC1311-Q1 TI ±1%/±0.3% 0.01% ±0.40.4mV
SI8931 Silicon Labs ±0.25%/±0.25% 0.01% -0.16mV

  三款隔离放大器都有高低精度两个版本。其中ACPL-C87在MCU中使用的非常广泛,得到了市场的验证。Tesla Model S中就用到了。当然,价格也是最贵的。另外两款价格应该相差不大,从手册上看比ACPL-C87性能更好。增加了一个新功能:支持高压侧电源诊断,适合做功能安全。
  ACPL-C87对高压侧电源的精度有要求,在采样精度要求较高的场合最好使用参考电压源。AMC1311内部集成了参考电压源;SI8931应该也集成了,但不是非常确定,有兴趣可以研究一下。
  这种方案电路简单,适合单路或双路采样的应用。在MCU中尤其适合,高压侧供电可共用IGBT驱动隔离电源,不需要单独做隔离电源。在信号传输路径上占用的资源较少,比如如果跨PCBA传输,只需要占用两个连接器引脚(差分传输)。软件处理非常简单。缺点在于传输的是模拟信号,不适合长距离传输。因为涉及到三级信号放大(电阻分压,隔离放大,差分放大),因此三种方案中该方案精度最差,线性度相对较差,不要单独看隔离放大器的精度,应该看整个信号采样电路的精度!

二、ADC+通信隔离

ADC
  这种方案会使用到两个集成芯片,高压电压采样在高压侧完成,然后通过数字信号(比如SPI)进行传输,在数字信号传输路径上做隔离。ADC可选性价比较高的TI产品,如果要求高性能的可选ADI的产品。数字隔离芯片可选的厂家也比较多,比如TI、ADI、Silicon Labs都有合适的产品。注意数字信号方向选择正确的前向通道与反向通道的个数。
  这种方案虽然看上去比较复杂,但如果是多路采样的场合,优势明显。因为ADC可选择多通道的。另外,这种方案精度最高,线性度好,主要误差只来源于分压电阻。并且由于是数字信号传输,路径可以相对较长。缺点是信号传输时占用资源较多(最少4个信号),软件处理相对复杂。

三、差分放大

在这里插入图片描述
  这种方案实际上是一种非隔离方案,电路非常简单,软件处理非常简单,线性度好。最大的优势在于成本最低,不需要隔离电源,不需要隔离通信!注意选择运放时需要选择输入失调电压与输入失调电流越小越好(uV,pA级)。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/gaoyong_wang/article/details/106559740