ZHCAEB7 August 2024 OPA2354A-Q1 , OPA2607-Q1 , OPA2863-Q1 , OPA354A-Q1 , OPA4354-Q1 , OPA607-Q1 , TLV365-Q1
隨著汽車的電氣化水平迅速提高，更多先進(jìn)系統(tǒng)被集成到車輛中。這些電氣化車輛包含敏感的 GaN 和 SiC 開關(guān)，易受過流情況影響。因此，有必要實(shí)施電流監(jiān)測(cè)電路，此電路必須對(duì)峰值過流情況做出反應(yīng)，在許多情況下需要在不到 1μs 的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行關(guān)斷以防止開關(guān)損壞。圖 1 展示了如何使用基于高速放大器和比較器的電流分流監(jiān)測(cè)電路以超短延遲時(shí)間滿足這一需求。
圖 1 典型電流檢測(cè)電路
圖 2 帶隔離功能的典型電流檢測(cè)電路什么是高速放大器以及為何使用它？
電路的傳播延遲因所選元件的不同而存在顯著差異。例如，如果直流/直流轉(zhuǎn)換器使用平均電流控制進(jìn)行功率因數(shù)校正，則可以使用速度較慢的放大器。但是，如果需要檢測(cè)峰值電流，或者系統(tǒng)需要在不到 1μs 的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)并關(guān)斷，則需要使用高帶寬放大器。在圖 3 中，峰值檢測(cè)和平均值檢測(cè)的電流波形疊加在了一起。之所以需要使用更高帶寬的放大器進(jìn)行峰值檢測(cè)，是因?yàn)樗矐B(tài)電流尖峰發(fā)生得非?？?，在測(cè)量平均電流時(shí)，這些尖峰無法被檢測(cè)到。
圖 3 平均電流波形與峰值電流波形車載充電器、直流/直流轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器的新型實(shí)施方案利用了氮化鎵和碳化硅開關(guān)帶來的更低功耗和更快開關(guān)頻率。許多 GaN 開關(guān)容易因幅度超過 54A 且持續(xù)時(shí)間短至 1μs 的電流尖峰而發(fā)生故障。圖 4 比較了 10MHz 和 50MHz 運(yùn)算放大器的上升時(shí)間，表明高帶寬 50MHz 運(yùn)算放大器將傳播延遲降低了 0.8μs。因此，有足夠的時(shí)間來檢測(cè)和響應(yīng)過流情況。
圖 4 10MHz 理想上升時(shí)間與 50MHz 理想上升時(shí)間為了在不到 1μs 的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和關(guān)斷，應(yīng)將總響應(yīng)時(shí)間的 35% 分配給放大級(jí)。如果放大器需要 1V/V 的增益，則放大器所需的帶寬為 1MHz；但是，大多數(shù)基于分流器的電流監(jiān)測(cè)電路都需要 50V/V 等級(jí)的增益，以降低分流電阻器的功耗。為了實(shí)現(xiàn)這一等級(jí)的增益，需要使用最低 50MHz 的放大器，如方程式 1 所示。
??????[1] 0.35 是用于近似計(jì)算帶寬的常數(shù)值。
???????這個(gè)值與電容器從 10% 充電到 90% 所需的時(shí)間有關(guān)。
???????有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱運(yùn)算放大器壓擺率 - TI 高精度實(shí)驗(yàn)室 視頻。
德州儀器 (TI) 提供各種放大器以滿足不同的系統(tǒng)要求。圖 5 展示了幾款放大器隨帶寬增加的上升時(shí)間變化圖，表 1 為上升時(shí)間比較表。
圖 5 多款 TI 放大器的上升時(shí)間| 器件 | 增益帶寬 | 上升時(shí)間變化 |
|---|---|---|
TLV9061 | 10MHz | 2000ns |
OPA320 | 20MHz | 1100ns |
OPA835 | 30MHz | 715ns |
TLV365 | 50MHz | 475ns |
OPA354 | 100MHz | 225ns |
OPA355 | 200MHz | 150ns |
一些設(shè)計(jì)人員選擇級(jí)聯(lián)兩個(gè)或更多個(gè)具有不同放大級(jí)的低帶寬放大器，以較低的成本實(shí)現(xiàn)相同的放大效果。使用多個(gè)低帶寬放大器會(huì)增加額外的傳播延遲，并且需要在電路板上留出更多空間。過去，高帶寬放大器被視為更昂貴的備選產(chǎn)品；然而，憑借 TI 先進(jìn)的制造能力，這些新款器件的價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力，與使用多個(gè)低帶寬放大器相當(dāng)。
單分流器與多分流器電流檢測(cè)
另一種減小布板空間并有可能降低成本的方法是在系統(tǒng)中采用單個(gè)分流器，而不是多個(gè)分流器。如果系統(tǒng)中會(huì)進(jìn)行多次平均電流測(cè)量，利用更高帶寬的放大器并將這些測(cè)量過程連接起來可以減少所需的放大器數(shù)量。然而，在某些情況下需要采用多分流器配置。例如，如果需要測(cè)量三相牽引逆變器中的各個(gè)電流相位，則可以采用多個(gè)高帶寬放大器來更快測(cè)量峰值電流。圖 6 和圖 7 展示了單分流器牽引逆變器和多分流器牽引逆變器的典型設(shè)置。
圖 6 單分流器實(shí)施方案：三個(gè)相位連接在一起
圖 7 多分流器實(shí)施方案：?jiǎn)为?dú)測(cè)量每個(gè)相電流結(jié)語
隨著電氣化汽車系統(tǒng)中采用更高效的 GaN 和 SiC 開關(guān)，在不到 1μs 的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)和響應(yīng)汽車中的過流情況變得越來越重要。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的放大器有助于節(jié)省布板空間和成本并減少延遲時(shí)間。請(qǐng)查看 TI 廣泛的汽車級(jí)高速放大器產(chǎn)品系列，其中有多種帶寬和精度可供選擇。
| 器件 | 通道計(jì)數(shù) | 電源電壓范圍 (V) | 增益帶寬積 (MHz) | 壓擺率 (V/μs) | 最小穩(wěn)定增益 (V/V) |
|---|---|---|---|---|---|
| TLV365-Q1 | 1 | 2.2–5.5 | 50 | 27 | 1 |
| OPA607-Q1 | 1 | 2.2–5.5 | 50 | 24 | > 6 |
| OPA2607-Q1 | 2 | 2.2–5.5 | 50 | 24 | > 6 |
| OPA354A-Q1 | 1 | 2.2–5.5 | 100 | 150 | 1 |
| OPA2354A-Q1 | 2 | 2.2–5.5 | 100 | 150 | 1 |
| OPA4354-Q1 | 4 | 2.2–5.5 | 100 | 150 | 1 |
| OPA2863-Q1 | 2 | 2.7–12.6 | 50 | 105 | 1 |