即使上述所有項(xiàng)目都得到了妥善處理,設(shè)計(jì)師還必須解決的一個(gè)主要問題是:到底是使用串聯(lián)電阻的高測還是低測來感測。沒有哪個(gè)方法一定超出另外一個(gè),但是選擇其中的任意一個(gè),都代表著在該應(yīng)用場景下需要考慮一些權(quán)衡以及影響。
在采用低側(cè)檢測時(shí)(圖4a),該電阻連接在電機(jī)的“負(fù)載”以及系統(tǒng)共地(通常被稱為“地”,即使它并非連接到真正的“地”)之間。因此,感測電阻兩端電壓的電路也可以接地。這簡化了感測電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),也簡化了與下一階段反饋?zhàn)酉到y(tǒng)的接口的設(shè)計(jì)。
圖4A:低側(cè)感測將電阻放置在負(fù)載和地之間。
然而,低側(cè)感測方法也意味著負(fù)載本身不再接地。這嚴(yán)重的影響了負(fù)載的物理連接和用戶的安全性。由于負(fù)載的低側(cè)在地之上,它任何一部分都不再連接到地,如汽車底盤或接地外殼;相反地,它必須與地進(jìn)行電氣隔離。此外,由于負(fù)載的低側(cè)不再處于地電平,驅(qū)動(dòng)負(fù)載以及負(fù)載兩端電壓測試的電路(這與感測電阻兩端讀數(shù)不同)必須差分化或通過一個(gè)接地隔離電路。
另一種檢測方法是高側(cè)檢測,其中感測電阻處于電源軌和負(fù)載之間,而負(fù)載本身保持接地(圖4b)。從負(fù)載安裝和總體安全性角度來看,這一做法要好得多,但它也意味著,該檢測電阻電路不能直接與地相連。相反,它必須使用基于儀表放大器的差分放大器,或甚至使用電隔離部件進(jìn)行隔離。與可以連接到地的電路相比,這種做法較為復(fù)雜并且成本也更高。此外,感測電路必須設(shè)成與該系統(tǒng)共模電壓模式下工作,并具備較高的CMRR(共模抑制比)以感測和提取幾十甚至上百伏電壓中的相當(dāng)微小的變化(毫伏范圍)。
圖4B:高側(cè)感測方法將電阻放置在電源軌與負(fù)載之間。低側(cè)和高側(cè)感測方法同時(shí)提供明確定義的電氣、安全性和安裝屬性。
盡管具體到每個(gè)應(yīng)用會(huì)有不同選擇,但多數(shù)設(shè)計(jì)師選擇高側(cè)做法。這是因?yàn)樗鉀Q或避免了非接地負(fù)載不可避免的一些挑戰(zhàn)性的電氣、安全性和安裝問題。此外,使用小電壓的高側(cè)電流感測電路(使用差分放大器和隔離部件)成本適度,面積也較小。
不管使用高側(cè)還是低側(cè)感測方法,電阻決定必須在許多因素間做出權(quán)衡:正確的歐姆值(第一要素)、足夠的額定功率,以及匹配應(yīng)用的物理封裝。
連接器也不能被忽視
設(shè)計(jì)師在選擇車載電機(jī)的連接器時(shí)必須記住兩個(gè)基本事實(shí)。這些到底適用于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)車輛(汽油、柴油,甚至是氫動(dòng)力)還是具備更高電流和電壓的HEV/ EV:
1.更大的電流需要更大的接觸,以承載電流,最小化IR損耗,降低I2R自發(fā)熱;反過來,這些接觸也需要更大型的連接器。
2.更高的電壓,即使在低電流下,要求接觸之間的分離更大,以滿足爬電距離和電氣間隙的安全要求,保證接觸之間沒有火花或飛弧。 (注:爬電距離是飛弧跨越的表面測量距離,如印刷電路板上兩個(gè)跡線之間的距離,或跨越一個(gè)連接器或一個(gè)集成電路芯片的距離。電氣間隙是指飛弧在空氣中傳輸?shù)淖疃叹嚯x,如一個(gè)連接器或一個(gè)集成電路芯片的一個(gè)引腳到另外一個(gè)引腳的距離)。
接觸大小和強(qiáng)制間距規(guī)定,這兩個(gè)因素一起決定了可用的連接器選擇。此外,一些多管腳連接器被設(shè)計(jì)成混合了各種電流/電壓規(guī)格,以節(jié)省空間和成本。有些電機(jī)連接器的是唯一考慮因素是電源,而控制網(wǎng)絡(luò)總線是另外一種做法,采用與其匹配的連接器;其它一些實(shí)現(xiàn)則將電源和控制功能集成到一個(gè)單一的接口中。
例如, Molex93288-0001是一個(gè)針對(duì)信號(hào)傳輸和低/中等電源軌的84接觸公連接器殼體(圖5a)。它與Molex93287-0001母殼體緊密配合(圖5b)。這個(gè)組合采用壓接觸,在使用AWG14(MX150)線時(shí),它們的額定電流為6 A,并具備30?C的溫升(滿載),雖然個(gè)別接觸最多可處理18 A電流。公連接器是面板式安裝設(shè)計(jì),該配對(duì)針對(duì)汽車防火墻應(yīng)用,傳遞駕乘艙和發(fā)動(dòng)機(jī)艙之間的信號(hào)和電源。
圖5A:Molex公司93288-000184觸點(diǎn)公頭外殼。內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)/混合汽車使用大量的標(biāo)準(zhǔn)和自定義電氣連接器,以及多管腳連接器,以節(jié)省空間,并減輕線束設(shè)計(jì)。 (來源:Mouser/Molex)
圖5B:針對(duì)防火墻反饋應(yīng)用的Molex93287-0001母頭采用壓接導(dǎo)線連接器,可以處理大量的信號(hào)和電源軌。 (來源:Mouser/Molex)
無論采用哪個(gè)選擇,有信譽(yù)的供應(yīng)商都會(huì)指明最大電流和電壓額定值(在額定溫度和最高溫度前提下),并說明在指定設(shè)計(jì)情況下該連接器會(huì)遵循哪些監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。也有適用于特定電機(jī)應(yīng)用和車內(nèi)位置的溫度和易燃性額定評(píng)級(jí)。
當(dāng)前的汽車有幾十個(gè)電機(jī)和上百連接器,各自選擇的基準(zhǔn)是滿足應(yīng)用的獨(dú)特需求和成本、可用性和采購選項(xiàng)意見。退一步,它會(huì)引發(fā)對(duì)應(yīng)的一個(gè)復(fù)雜布線、原理圖、線束裝配圖紙、安裝說明和材料清單。
附加閱讀資料
?來自Analog Devices“通過提高低值分流電阻的焊盤布局,優(yōu)化高電流檢測精度”
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