【应用】5.0 kVrms高耐压电流检测放大器助力BMS系统参数检测

时间： 2018-05-11 来源：世强

技术问答

在BMS系统中，电流放大器是BMS参数检测的重要器件，通过电流放大器可以将测得的电流信号转换为电压信号，并可以同时估算SOC和SOH等重要参数。对于放大器的基本要求如下：

带宽较大：最好在100-600kHZ之间。

电压：在兼顾成本的情况下，峰峰值越大越好。

功率：功率代表了放大器的驱动能力，P=U*I ,电动汽车的单节电池一般电压为3.3-5V之间，电流一般为1-5A，故功率要低于25W。

通道：单通道差分输入，保证通道传输同步性。

针对以上使用需求，笔者在项目中选用了世强代理的SILICON LABS SI8920电流放大器，Si8920隔离放大器采用Silicon Labs经过验证、基于CMOS的隔离技术，可满足UL、VDE、CQC和CSA标准的严格要求，支持最高5kV隔离承受能力和1200V的工作电压，并能够提供比竞争对手隔离技术更宽的工作温度范围、更好的噪声抑制和更长的使用寿命。Si8920放大器极低的温度漂移（1μV/°C）确保在各种工作条件下性能稳定。Si8920器件具备业界领先的信号带宽（最高可达400kHz），可确保快速、精确的直流电流测量，以及主信号和谐波信号的精确呈现。

下面介绍Si8920的相关应用优势：

（1）Si8920是一个电流隔离的模拟放大器。低压差分输入非常适合测量电流分流电阻两端的电压，输出8.1x或16.2x的差分模拟信号。

（2）Si8920具有较低的信号延迟，控制器可以较快的判断信号准确性，同时其具有极低的温漂和线性增益，可以保证系统运行的可靠性，极高的共模瞬态抗扰性意味着即使存在大功率开关的情况下，Si8920也能提供精确的测量。

（3）Si8920支持高达5.0 kVrms的耐压值，与其他隔离技术相比，该技术可实现更高的性能，减少随温度和时间变化的变化，器件的使用寿命更长。

下图是笔者在BMS系统中关于Si8920的应用电路图：

图1：Si8920在BMS中的应用电路图

负载端设计思路：

图1中负载是单节电池包，RSENSE是小阻值电阻，用以降低功耗(注:电阻过低会降低测量的信噪比)。Si8920提供两个指定满量程输入选项，±100 mV（Si8920A）和±200 mV（Si8920B），用于优化RSENSE的值。笔者建议，Si8920的AIP和AIN接口应尽可能靠近RSENSE电阻的两端，因为过长的走线会带来测量误差。

Si8920的放大器带宽大约为950 kHz。如果需要进一步的滤波，可以在RSENSE和输入引脚之间放置一个无源的差分RC低通滤波器。推荐使用R1 = R2 = 20Ω和C1 = 10 nF，可以达到约400KHZ的输入。在设计过程中，为了减小增益误差，R1和R2应始终小于33Ω，源阻抗与Si8920输入阻抗相比足够低。

Si8920设计思路

在Si8920的设计中，GNDA，AIN和AIP的共模电压必须大于-0.2 V，但小于1V. 为了满足这个要求，将Si8920的GNDA连接到RSENSE电阻的一端。如图1所示，为了满足设计需求，连接了GNDA，RSENSE，Q1的源极和Q2的漏极。

Q1门极驱动器有一个浮动电源，本应用中约为24 V.。由于Si8920的输入和输出彼此电隔离，因此每一侧都需要添加单独的电源。 Q3，R3，C3和D1构成一个电路调节器，用于从浮动电源为Si8920的输入端供电。 D1在Q3的基极添加了一个5.6 V的电压，R3为D1提供10 mA的齐纳电流。C3在Q3的基极提供滤波，而Q3的发射极输出为VDDA提供大约5V的电压。C2是电源旁路电容，放置在VDDA引脚，其回路连接到RSENSE的GNDA连接。C4可以滤除Si8920的VDDB端的杂波，AOP和AON的输出信号是差分的，标称增益为8.1（Si8920B）或16.2（Si8920A），共模电压为1.1 V。

抗混叠滤波器设计

输出由差分输入ADC采样。根据ADC的采样率，需要使用抗混叠滤波器。一个简单的抗混叠滤波器可以由无源元件R4，C6和R5制成。该滤波器的特性取决于ADC的输入拓扑结构和采样频率。但是，为确保Si8920输出不会过载，R4 = R5> 5kΩ，C6可通过以下公式计算：

笔者对设计的电路进行了检测测试，测试如图2所示：

图2：放大器测试示波器图

对图2进行分析，在上电工作之后，给与正弦信号激励，电流放大器输出信号趋于稳定，滤波效果较为良好，说明放大器可以很好应用于BMS系统。

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选型指南 - ROHM - 2022版 - 06.2022 PDF 中文下载

罗姆集团综合产品目录

型号- DTC143TE3,KA2004-H05N20A,ML62Q20XX,RCJ220N25,SML-S13UT,DTC143TEB,RSX101VYM30,SDR,R6002JND4,BD60A00NUX,RB238NS150,SML-D12Y8W,SMLA12BN8T,MG6405WZ,BD00HC5WEFJ-M,SML-811UT (A),SML-010VT,BD94130EFV-M,DTA124XM,BM2SC123FP2-LBZ,RS3L110AT,RB298T100,DTC143TCA,RSS060P05,BD71L4LG-1,SFR,BR25A512,RGPR20BM36HR,BD95821MUV,BD6995FV,KD2002-G0JB10A,BU23TD2W,SML-S13VT,BU97941FV,RQ5L015SP,BH7673G,SML-811UT (C),BD52XXG-2C,BD6046GUL,RGW60TS65HR,SML-D12Y3W,BM6241FS,MH2206WZ,BD63521EFV,BU94702AKV,SML-S13PT,RB168MM200,DTC144WCA,BD22621G-M,SLI-343URC,RS6R035BH,RGT20NL65,DTD123TC,DTA015TUB,BD750L5FP-C,BM521Q25F,R8003KNX,BD52XXG-1 SERIES,SML-D12D8W (C),DTA023YEB,UCR006,BD95514MUV,BD9S200MUF-C,SML-H10PD2B,DTD123TK,RFN6T2D,IMX25,R6000ENH,SML-S13RT,BU64253GWZ,BD70GC0VEFJ-M,BR93HXX-2C系列,BD52XXG-2M,RBR2LAM30A,CSL0902DT (C),RBR5L30B,RBR5L30A,RSX501LAM20,RCX300N20,KD2003-F0FW00A,BH76363FV,RQ1E075XN,TFZV,RF4G060AT,BD83A04EFV-M,BV1LC085EFJ-C,BU2394KN,SML-A12MT 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(A),SML-S13DT,RBS1LAM40A,BD7690FJ,DTA143XCA,SMLP2,BSM180C12P2E202,RGTH60TS65D,R6035VNX3,BD99950MUV,RE1J002YN,RF101LAM2S,BM61S41RFV-C,2SCR587D3,BD1HC500HFN-C,BU7205S,2SAR553P,BV1LE080EFJ-C,BV1LC150EFJ-C,SML-011DT,RS3E095BN,BD54105G-CZ,2SAR553R,RQ3E130BN,BU2FSA4WGWL,SML-812MT,DTA143XEB,BD52W03G-C,BD9862MUV,BD48W00G-C,DTA143XE3,LMR982,SLR343WBN2PT2□□□□□□,LMR981,BD37522FS,RB088BM150,RB088LAM100,2SAR552P,BD26503GUL,R8002KND3,2SCR512P5,QS8K2,BU7465S,RFNL15TJ6S,BD733L2FP-C,LM8391EY,QS8J4,QS8J5,BD68710EFV,LB-402VN,2SAR554P,BM1Z103FJ,BD9060HFP-C,BC848BW,YQ30NL10SE,BR25G640,2SAR554R,RGTV80TS65,RB715FM-40,BD62120JEFJ,LB-402VD,RBR15BM30A,DTA124EKA,BA30JC5T,SMLP2 SERIES,BD33IA5WEFJ,BAJ2DD0,2SCR523EBTL□□□,DTB513ZM,RSDT27BM,SMLEN3WBC8W,BU33UV7NUX,BU97550KV-M,RF101LAM4S,BM2P121X-Z,LTR18EZPJ□□□□,TE3004-TP1W00A,LBP-602MK2,RB078BM30S,BD8961NV,BD67173NUX,MG7901WZ,DTD123EK,SCS304AM,BU7461S,SCT3060ALHR,RB088LAM150,RGW00TS65DHR,YQ20BM10SD,RQ6E045BN,RSS100N03,2SAR552P5,BU7462S,RD3L220SN,BD7J101EFJ-LB,1SS390SMFHT2R,DTD123EC,DAN235FM,RFN2LAM6S,SCS215AJHR,BD65496MUV,KA2002-B05B70A,2SC5824,BU52272NUZ,2SC4102U3,BD9B300MUV,RB558WM,DTC114GU3,SML-D12Y1W,BU33SD2MG-M,RBQ15BM45A,BU7464S,RV3C002UN,SML- EN SERIES,SCS304AG,SLI-570 SERIES,BU29TA2W,SCS304AJ,SML-S13MT,BM63374S-VA,BM63374S-VC,RFN2LAM4S,BR25HXXX-5AC系列,BD49EXXG-M,BDJ0GA3V,BD3575YFP-M,BDJ0GA3W,BM2P13B1J-Z,BU32TD3W,DTA124EUB,RB168MM150,BD18IA5VEFJ-M,RB461FM,BU33SA4WGWL,BV1HLC45EFJ-C,DTA124EU3,SIR-56ST3F,BU18JA2VG-C,BD37068FV-M,ML62Q1367□-NNNTBXXXX,RB162VAM-20,BU9794AKV,2SCR574D3,BU32TD2W,RGCL60TS60,BD9615MUV-LB,BM2P151X-Z,BD3814FV,LB-402MN,BD41041FJ-C,LB-402MD,2SC5866,BR25HXXX-5AC,BU52077GWZ,SLI-343V8R,SML-D13WW (A),BD9573MUF-M,RB088BM100,BD18336NUF-M,SLA580ENT,VS14VUA1LAM,DTC043ZUB,MR7930,BD6326ANUX,SH2104WN,RSX101MM-30,SCT3030KLHR,BU7487,BU7486,BU7485,BZX84BXXLY,BU7481,DTC144EE3,BD50GC0VEFJ-M,PMR18L,RD3R05BBH,DTC144ECA,MCR01,VS13VUA1LAM,MCR03,BD2200GUL,RS1E130GN,BD33GA5VEFJ-LB,BU7475,RQ6E030SP,BP3622,BD14210G-LA,BP3621,BSM180D12P3C007,BD63725BEFV,RBR5L40A,SML-Z14YT (A),BU7465,BU7464,BU7462,BU7461,RCJ700N20,VS24VUA1VWM,BD00HC5VEFJ-LB,BD9408FV,BD00HA3VEFJ-LB,RX3P10BBH,KDZV SERIES,RB168MM100,BD8314NUV,BD34700FV,BD9107FVM,BD5466GUL,RF4E080BN,DTC144VCA,DAP202FM,SML-Z14YT (C),BR25HXXX-2C系列,BA05CC0W,RF6G035BG,UT6KE5,SML-D13FW (C),BD60HC0VEFJ-M,BM2P134EF,BD00GA5VEFJ-M,BU1JTD3W,BD60GA5VEFJ-LB,BD52XXNVX-2C,SML-D15YW (C),BM2P137TKF,MMBZ27VCLY,BU90005GWZ,DTA123YM,RGWX5TS65D,LM358,ML62Q1714C,BD18HC5WEFJ-M,BD16950EFV-C,KD3004-TQFW00A,RBR2LAM40A,DTC114WUA,BD00EA5W,UT6KC5,BD18340FV-M,LM324,ML62Q1713C,MCR10,RQ3G110AT,MNR12,MNR15,MNR14,2SCR586J,MNR18,BM6242FS,BU28SA4WGWL,KA2003-B35N00A,BD15HA5WEFJ-M,MH2205WZ,RFS30TZ6S,LAP-601DB,LM339,BU7495,CSL1101WBDW,BD63536FJ,MNR02,QS6Z5,MNR04,STM 331U,BU1JTD2W,MCR18,RBR2L60B,DTA143EE3,R8009KNX,RBR2L60A,BRCH064GWZ-3,BSM600D12P3G001,BD8312HFN,SML-P14RW,RSX201VYM30,RQ5E070BN,RBR1LAM40A,BD82028FVJ,SCT4045DRHR,RB088BGE100,MMBZ5V6ALY,UT6KB5,BD9S231NUX-C,RGT8NS65D,RSJ151P10,BA25BC0W,DTA143EEB,ML610Q306,RGWS60TS65D,BM2P134QF,ML610Q305,ML610Q300,BD9P155MUF-C,LM393,BD4271EFJ-C,BD3020HFP,BD18398EUV-M,BD12KA5W,DTC013ZUB,

选型指南 - ROHM - 2024版 - 12.2023 PDF 中文下载

先积集成（Linearin）放大器/比较器/数据转换器/模拟开关/电源管理产品选型指南（英文）

目录- COMPANY INTRODUCTION PRODUCT INTRODUCTION Amplifiers Comparators Data Converters LDO Voltage reference Analog Switch

型号- LTC8701,LTC8705,LTC8704,LTC8703,LTC8702,LTR3030,LTC8382,LTR3033,LTP3465-XX,LTA8094,LTA809X FAMILY,LTA8092,LTC8381,LTC358,LTC324H,LTA8091,GP8101S,LTC8811,LTC8814,GP8102S,LTC8813,LTC8812,GP9301B,GP9101,LT180B2,GP9105,LT180B1,LT180B4,LT180B3,LTR3040,GP8202SL,LTR33 SERIES,GP8211S,LTP3558A,LTR3012,LTA829,LT180A4,LT180A1,LT180A3,LT180A2,LTA8074,LTA8072,LTC358H,LTA8071,LTP3454-XX,LTP3564,LTC331,LTP3567,LTC358A,LTP3559A,GP8201S,LTR3025,LTR3020,LTC321A,LTC321B,LTA8084,LTA8081,LTA8082,LTC324,LTC321,LTP3558,LTP3559,LTC8745,LTC8744,LTC8743,LTC8742,LTC8748,LTC8746,LTA6034,GP8101,LTA6031,LTC8741,LTA6032,GP8202ASL,LTC393,LTC5223,GP9305,LTC5228,LTA8224,LTA8221,LTA6042,GP9303,LTA8222,LTA6041,LTA6044,LTP3570,LTC8728,LTC8844,LTC8723,LTC8722,LTC8842,LTC8721,LTC8841,LTC3157,LTC8727,LTC8726,LTC8725,LTA809X,LTC881X FAMILY,LTC881X,LTC8838,LT199,LTC8832,LTC8831,LTC8836,LTC8835,LTC8834,LTA5054,LTC8392,LTC8391,LTC8708,LTC8707,LTC8706,LTC6004,GP8212ASL,LTP33XX,LTR3312,LTC6001,GP8301,LTA8134,LTC6002,LTC72X,LTA8131,GP8303,LTA8132,GP8302,LT199 SERIES,LTP3456-XX,LTR3325,LTR3320,LTA4584,LTA8024,LTA8021,GP8413,LTA8264,LTA4580,LTA8022,LTA8261,LTA8262,LTC728,LTA6052,LTC726,LTA6051,LTC8876,LTC8875,LTC8874,LTC8878,LT199G3,LT199G2,LTA604X,GP8312,LTC8872,GP9403,GP7101,LTC8871,LT199G1,GP8313,LTC725,LTC724,LTC722,LTC721,GP8503,GP8502,LTC8582,LTC8581,GP8501,LTC8584,GP8500,GP8212SL,LTA8292,LTA8291,LTC855X,LTA604X FAMILY,LTC8333,LTC8332,LTC8331,LTA8184,LTA8064,LTA8061,LTA8182,LTA8062,LTA8181,LTP6202,GP9301BM,GP8403,LTP829,LTR3333,LTC2467,LTR3330,LTA8274,LTA8154,GP8401,LTA8272,LTA8151,LTA8152,LTA8271,GP8513,LTC7227,GP7305,LTR3340,LTC8554,LTC7222,LTC8553,LTC8552,GP8512,LTC855X FAMILY,LTC8551,LTA8284,LTA8281,LTA8282,LTP3631,LTP3633,LTR33,LTP3635,LTP3636,LTC72X FAMILY,LTP3637

选型指南 - 先积集成 - 2023/3/15 PDF 英文下载

思瑞浦（3PEAK）车规芯片选型指南（英文）

描述- Established in 2012, 3PEAK was listed on the Shanghai Science and Technolog y Innovation Board on September 21, 2020. The company is committed to the research and de velopment of high-performance, high-quality, and highly reliable integrated circuit products, including signal chains, power analog chips, mixed-signal front-ends, and embedded processors to provide customers with all-around solutions

型号- LM2904A-VS1R-S,TPL8032ADQ,TP1562AL1-SO1R-S,TPM27524Q-SO1R-S,TPA2031Q,TPT1042V-SO1R-S,TPL803133Q-DF6R-S,TPT7742-SOBR-S,TPH2861-DF4R-S,TPR6040F30-S3TR-S,TPM2025Q-FC1R-S,TPT1042Q-SO1R-S,TPA1881Q-S5TR-S,TPR6040F33-S3TR-S,LM2902A-TS2R-S,TPR33XX,TPA8001-SOAR-S,TPA8003-SOAR-S,TP1564AL1-SO2R-S,TPL905236-S5TR-S,TP2262L1-SO1R-S,TPT1043Q-SO2R-S,TPT1051VQ-DF6R-S,TPR6040FXX,TPT1051Q-SO1R-S,TPT774X,TPL803133Q-EV1R-S,LM2903DQ-SO1R-S,TPT1051Q-DF6R-S,TPL8652FQ-ES1R-S,LM2903A-SO1R-S,TPT1051VQ-SO1R-S,TPR3330-S3TR-S,TPT7741F-SO3R-S,TPL803133Q-ST4R-S,TPT7741F-SOBR-S,TPL803450Q,TPL803450Q-EV1R-S,TPR3312-S3TR-S,TPL803150Q-ST4R-S,TPL905218-S5TR-S,TPL905233-S5TR-S,TPT7720-SO1R-S,TPR6040F25-S3TR-S,TPT1043Q-DFKR-S,TPL905215-S5TR-S,TPR6040F20-S3TR-S,TPL8651Q-ES1R-S,LM2901A-SO2R-S,TPT1145NQ-SO2R-S,TPL9052XX,TPL8031XXQ,TPA2644-SO2R-S,LM2904A-TS1R-S,TPM650XAQ,TPL8151ADQ-ES1R-S,TPL865XQ,TPT772X,TPT1042Q-DF6R-S,TPT7721-SOBR-S,TPT1044V-SO1R-S,TPT1145Q-SO2R-S,TPR3325-S3TR-S,TPR431B-S3TR-S,TPR6040F50-S3TR-S,TPW3188Q,TPT7742F-SOBR-S,TPA1882Q-VR-S,TPR3320-S3TR-S,TPL910ADJQ,TPT7740F-SO3R-S,TPC5120Q-TS7R-S,TPL803150Q-DF6R-S,TPL910ADJQ-DF6R-S,TPV8368SAQ,TPA1882Q-SO1R-S,TP1561AL1-S5TR-S,TPA5561Q-S5TR-S,TPL905225-S5TR-S,TPL905228-S5TR-S,TPT7741-SSAR-S,TPL8151ADQ,LM2902A-SO2R-S,TP2261L1-S5TR-S,TPA2031Q-S5TR-S,TPM2025Q,TPL803150Q-EV1R-S,TPM27524Q-DF4R-S,LM2903A-TS1R-S,TPV8368SAQ-S6TR-S,TPT1145NQ,TP1562AL1-VS1R-S,TPL803133-ST4R-S,TPT104XQ,TPR3333-S3TR-S,TPT1042VQ-SO1R-S,TPL905230-S5TR-S,LM2903A-VS1R-S,TPM27524Q-EV1R-S,TPR6040F40-S3TR-S,TPM27524Q,TPT7721-SO1R-S,LM2901A-TS2R-S,TPM6501AQ-S5TR-S,TPL905212-S5TR-S,TPT7720F-SO1R-S,TPA188XQ,TPT1145NQ-DFKR-S,TPR431B,TPM6505AQ-S6TR-S,TPT7741-SOBR-S,TPA5561Q,TPT1051VQ,TPT1042VQ-DF6R-S,TPL8032ADQ-ES1R-S,LM2904A-SO1R-S,TPW3188Q-TS3R-S,TPC5120Q,LM2903DQ,TPR3340-S3TR-S

选型指南 - 思瑞浦 - Rev.2 - 2023/9/22 PDF 英文下载

最大传输延时30ns, 4A灌/拉电流驱动能力的隔离驱动器 | 功率器件专场世强硬创新产品研讨会

型号- SI88XXXISO-KIT,SI88241ED-IS,SI823HX,SI8281CD-IS,SI8642ET-IS,SI823X,SI827X,SI88621ED-IS,SI893X,SI8239X,SI875X,SI8285CD-IS,SI8920BC-IP,SI8281-KIT,SI86XXXT,SI86XXT,SI8285_86-KIT,SI8286CD-IS,SI8285,SI8281,SI886XXISO-KIT,SI86XX,SI87XX,SI8920,SI834X,SI88XX,SI8921,SI8900,SI8922,SI828X,SI838X,SI86XXTISO-KIT,SI826X,SI8920ISO-KIT,SI894X

商品及供应商介绍 - SILICON LABS - 2021.3.26 PDF 中文下载

AMC1200为什么常用电路推荐

AMC1200属于隔离芯的电压及电流采样芯片，可以参考Silicon Labs的SI8920的典型运用设计，属于差分式输入，输出，资料链接：https://www.sekorm.com/doc/617439.html；

技术问答发布时间 : 2020-01-20

【应用】PFC电流检测的低成本方案：带隔离的电流采样芯片SI8920，高精度、小体积

目前的PFC设计通常需要检测环路的电压及电流，使效率达到最高化，对于PFC的电流检测方法通常会涉及到隔离问题，用带隔离的电流检测芯片会更好，Silicon Labs推出的SI8920具有高精度，小体积，低成本的优势非常适合PFC的电流检测芯片。

应用方案发布时间 : 2019-11-01

数字隔离器 GB4943.1-2011 产品认证证书（CQC16001142014）

型号- SI8920,SI8920SD-IS

测试报告 - SILICON LABS - 2017年04月06日 PDF 中文下载

变频器电机相电流检测方案采用电流检测电阻R（SENSE）+HCPL-7840电流检测光耦实现，想更换一款可pin to pin替代HCPL-7840的隔离器件，请问是否有合适型号推荐？

推荐Si8920BC-IP隔离容耦，有SOIC-16宽体封装和DIP8表面封装两种选择，其中DIP8封装可pin to pin替代HCPL-7840，产品特点如下：1、低压差分输入范围：±200mv；2、低信号延迟：仅0.75μs；3、输入失调电压0.2mv；4、增益误差<0.5%；5、卓越的漂移规格：1 μV/°C失调漂移、60 ppm/°C温度漂移；6、全数值范围内非线性误差：0.1%；7、高共模抑制75kv/μs；8、工作温度：-40℃~ +125℃；9、通过AEC-Q100认证。

技术问答发布时间 : 2017-05-05

Silicon Labs（芯科科技）电源产品/定时器/IoT产品介绍

描述- 2020 April Sales Training Slides

型号- SI547,SI8422BB,SI545,SI546,SI549,XG12,XG21B,SI533XX,SI5383,XG21A,SI5342,SI5384,SI5341,SI536X,SI5347,SI5388,SI5389,SI532X,SI5348,EFR32FG22,CK440,EFR32BG22,SI5508,EFR32,SI5332-GM,SI534XH,SI5350,SI53471,SI53472,SI5392,SI5397,SI41XX,SI5351,SI828X,SI5357,SI537X,SI561,SI347X,SI562,SI560,SI565,SI566,SI5518,SI564,SI569,SI54X,XG1X,SI567,SI532XX,EFR32XG21B,SI823HX,SI538X,SI893X,BG22,SI534X,BGM220S,BGM220P,BGM220,SI51X,EFR32MG22,SI34071,SI522XX,SI834X,SI8920,SI5332,SI539X,SI88XX,SI8921,SI8922,SI5330,SI5335,SI8252X,SI3474,XG22,SI531X,XG21,SI540,SI5338,SI842X,SI830X,EFP01,SI894X,DB2000

商品及供应商介绍 - SILICON LABS - 2020年4月 PDF 英文下载