汽車(chē)遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用中的暗電流測(cè)量

與 20 年前我們的手機(jī)相比，今天的車(chē)輛具有更多的智能和連接性。無(wú)論是通過(guò)基于訂閱的通信服務(wù)還是內(nèi)置的蜂窩功能，他們都與世界保持近乎持續(xù)的通信。未來(lái)，這將包括車(chē)對(duì)車(chē)通信?？刂婆c外界通信的核心是遠(yuǎn)程信息處理控制單元 (TCU)。

除了在車(chē)輛行駛時(shí)發(fā)生的通信之外，還需要在車(chē)輛關(guān)閉時(shí)進(jìn)行通信，例如模塊固件下載、診斷上傳到云服務(wù)或位置服務(wù)通知等任務(wù)。

對(duì)于基于內(nèi)燃機(jī)的車(chē)輛，車(chē)輛關(guān)閉通信將始終消耗電池。雖然這可能不是充電電動(dòng)汽車(chē)的問(wèn)題，但非充電電動(dòng)汽車(chē)會(huì)遇到與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相同的問(wèn)題。盡管通信消耗的電量不足以耗盡電池電量，但如果車(chē)輛處于長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉狀態(tài)（例如在長(zhǎng)途旅行期間停在機(jī)場(chǎng)），電量消耗確實(shí)可能成為一個(gè)問(wèn)題。因此，重要的是要了解此車(chē)輛關(guān)閉通信消耗了多少電量，以確保當(dāng)車(chē)主返回時(shí)有足夠的電池電量來(lái)啟動(dòng)車(chē)輛。消耗的電流通常稱(chēng)為“暗電流”。

不同的車(chē)輛有不同的方法來(lái)監(jiān)控其暗電流消耗。許多車(chē)輛只是簡(jiǎn)單地計(jì)算已經(jīng)發(fā)生的通信序列的數(shù)量。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到一定水平時(shí)，TCU 將減慢通信頻率并最終將其全部停止以保持電池的充電狀態(tài)。如果所有通信都具有相同的功耗，則此方法效果很好。

另一方面，如果不同的通信消耗不同的電流量，則測(cè)量實(shí)際消耗以更好地了解從電池中消耗的電流可能更有益。測(cè)量該電流存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：

· 遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)很可能直接連接到 12V 電池軌，如圖 2 所示，對(duì)于許多車(chē)輛來(lái)說(shuō)，這需要 40V 的過(guò)壓耐受能力。

· 需要測(cè)量的電流水平通常在幾十毫安。這對(duì)許多電流測(cè)量技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，特別是如果它們還必須測(cè)量可能在幾十安培范圍內(nèi)的正常電流消耗水平。

TI 的 INA186-Q1 解決了這兩個(gè)挑戰(zhàn)。INA186-Q1 的共模電壓范圍可擴(kuò)展至 42V，使其能夠在汽車(chē) 12V 電池軌上運(yùn)行。有關(guān)此主題的更多信息，請(qǐng)參閱“汽車(chē)模塊中的 12V 電池監(jiān)控”應(yīng)用簡(jiǎn)介。

對(duì)于大多數(shù)電流檢測(cè)放大器來(lái)說(shuō)，具有四個(gè)十進(jìn)制電流測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍的能力是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，假設(shè)您有以下規(guī)格：

· 雙向電流測(cè)量：

· 最大測(cè)量電流：±10 A。

· 最小測(cè)量電流：±10 mA。

· 共模電壓：12 V (V BATT )。

· 電源電壓：5 V。

· INA186A1-Q1，增益為 25 V/V。

因此，您的輸出電壓擺幅約為電源電壓的一半（2.46 V -有關(guān)雙向電流測(cè)量的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)INA186-Q1 數(shù)據(jù)表的第 7.4.3 節(jié)）。要計(jì)算理想的分流電阻值，您可能希望 10 A 正好是 2.46 V。在增益為 25 時(shí)，這轉(zhuǎn)換為 98.4 mV 的輸入電壓。因此，理想的分流值為 9.84 mΩ。實(shí)際上，您會(huì)希望使用值稍低的分流電阻器，以確保您不會(huì)在各種工作條件和分流變化下使輸出飽和。

root-sum-square方法用于誤差計(jì)算。TI 在我們的TI 精密實(shí)驗(yàn)室 - 電流檢測(cè)放大器培訓(xùn)系列 - 特別是TI 精密實(shí)驗(yàn)室 - 電流檢測(cè)放大器：不同誤差源簡(jiǎn)介視頻中提供了有關(guān)電流測(cè)量誤差計(jì)算的更多信息。使用這四個(gè)誤差源（失調(diào)、增益誤差、共模抑制和電源抑制）進(jìn)行一階計(jì)算，得出兩個(gè)極端電流下的誤差水平，如表 1 所示。

表 1：典型遠(yuǎn)程信息處理暗電流測(cè)量應(yīng)用的一階理想分流電阻器和誤差計(jì)算

如您所見(jiàn)，10 mA 時(shí)的誤差超過(guò) 50%，這對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)可能太高了。為了改善低電流下的誤差，您需要一個(gè)具有更好偏移的放大器。表 1 中所示的 INA190-Q1 是對(duì) INA186-Q1 的引腳升級(jí)，可提供更高的精度。

此外，您需要了解系統(tǒng)的功耗和分流電阻器的成本。在最大電流為 10 A 和 9.84-mΩ 分流器的情況下，最大功耗略低于 1 W。如果您可以容忍額外的低電流誤差，則可能更容易識(shí)別具有成本效益的 4.92-mΩ 分流器與原來(lái)的 9.84-mΩ 分流器相比，功耗為 0.5-W。然而，小電流誤差會(huì)隨著最小電流下一半的電壓降而增加。

隨著車(chē)輛關(guān)閉通信的增加，確保電池保留足夠的電量以處理車(chē)輛啟動(dòng)功能至關(guān)重要。準(zhǔn)確測(cè)量消耗的電流是幫助車(chē)輛管理此功能的一種方法。TI 電流檢測(cè)放大器可幫助解決與高精度暗電流監(jiān)測(cè)相關(guān)的挑戰(zhàn)。