【经验】CC6902线性电流传感器在双向DC-DC变换器电流采样电路中的应用

时间： 2019-07-17 来源：世强

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本文项目主要是制作一款以运放组成的硬件模拟电路作为稳压源和稳流源的多功能数控直流电源。用 STM32 单片机系统控制双向 DC/DC 变换器构成电池储能装置，选用由传统Buck/Boost 电路衍生的双向直流变换器，采用电流霍尔芯片实现电流的采样并减少了损耗，通过同步整流技术使系统在放电时效率达到 95%。采用双环 PI 控制的策略实现充电电流、输出电压的稳定控制。根据不同的需要与设置，系统可工作在充电模式、放电模式和自动充放电模式。

系统总体框图如下所示：

图1系统总体框图

根据不同的需要，通过单片机控制双向 DC-DC 变换电路功率流动方向，实现电池的恒流充电或负载的恒压供电。电池的充放电可手动设置，也可自动切换。

对于双向DC-DC主回路的拓扑选择上，结合本项目的需求，采用电路结构简单，储能元件较少，效率相对较高的 Buck/Boost 双向 DC-DC 电路。电路设计原理图如下所示：

图2 DC-DC变换电路

基于电池的恒流充电或负载的恒压供电的项目要求，需要对DC-DC变换电路的输出电压电流进行控制。因此需要设计电压采样和电流采样电路。如图2所示，共两路电流采样，分别是电感L段电流（IL+,IL-）和输出U1端电流（IOUT+, IOUT-）。

电流采样电路

1.基本原理

电流采样电路采用霍尔传感器法，原理框图如图3所示，采用集成的霍尔传感器，通过霍尔原理将电流信号转换为电压信号，再经运放组成的信号调理电路，将输出电压调整到A/D所需的范围内。

图3霍尔传感器法原理框图

该方法获得的电流信号频率通常不会很高，受限于具体的传感器芯片。但是该方法的优点在于集成度高，通常正负电流都可方便的测量。同时损耗小，有利于提高效率。本项目注重效率，且在控制策略方面不采用峰值电流控制法，因此选用霍尔传感器法。

1.2电路设计

电流采样电路由电流传感器CC6902和运放构成。本项目中需要采集共两路电流。以电感电流（IL+,IL-）这一路采样为例，电路设计如下：

图4 电流采样电路

CC6902为线性电流传感器，能够输出与检测电流成比例的电压，故选用。而且CC6902功耗低，常温误差仅1%。误差低，精度高，对项目最后的控制效果非常重要。本项目检测电流范围在-2A~2A之间，故选CC6902SO-05A，最大检测电流为5A。查阅技术手册，该传感器灵敏度为400mV/A，灵敏度高于普通的电流传感器，性能优异。但是为了得到更好的控制效果，故利用运放LM358设计灵敏度进一步提高的电路。当检测电流为2A时，运放7脚输出电压：

利用5V电压分压作2.5V电压基准，故R18=R19=100kΩ。

然后通过与运放连接的电阻进行比例分配，令该电流对应的LM358运放7脚输出电压为1V：

得到R14/R16=1.875,因此R14=1.8kΩ，R16=1kΩ

验证得到：当输入电流在-2A~2A时，输出电压在1V~4V之间。灵敏度为0.75V/A，灵敏度大大增加。另考虑到stm32主控板AD采样电压在0~2.5V之间，故用50kΩ滑动变阻器分压和LM358组成射极跟随，进行电压匹配，保证输出电压在0~2.5V范围。

芯进电子推出的 CC6902 作为一款高性能单端输出的线性电流传感器，可以更为有效的为交流（AC）或者直流（DC）电流检测方案，广泛应用于工业，消费类及通信类设备。本文选用CC6902电流传感器设计双向DC-DC变换器电流采样电路，最终得到控制效果良好的多功能数控直流电源，初步搭建的试验电路板如下图所示。

图5 实物图

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