【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

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高耐压电流检测放大器,高耐压电流隔离模拟放大器,高耐压电流放大器,高耐压隔离放大器

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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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,

12.2023 - ROHM - 选型指南 - 2024版代理服务技术支持现货查询批量订货

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

2023/9/22 - 思瑞浦 - 选型指南 - Rev.2 代理服务技术支持现货查询批量订货

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；

2020-01-20 - 技术问答代理服务技术支持现货查询批量订货

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

2021.3.26 - SILICON LABS - 商品及供应商介绍代理服务技术支持现货查询批量订货

【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。

2019-11-01 - 应用方案代理服务技术支持现货查询批量订货

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

2020年4月 - SILICON LABS - 商品及供应商介绍代理服务技术支持现货查询批量订货