汽車級(jí)高精度無芯電流傳感器 TLE4971

在電子工程師日常的硬件設(shè)計(jì)工作中，電流傳感器是至關(guān)重要的組件。今天要為大家介紹英飛凌（Infineon）推出的 TLE4971 高精度無芯電流傳感器，它專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用 8x8mm 貼片封裝，擁有諸多出色特性。

文件下載：Infineon Technologies TLE4971 XENSIV?無芯電流傳感器.pdf

1. 產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

1.1 低功耗與低寄生電感

TLE4971 集成了典型插入電阻為 220μΩ 的電流軌，這使得它能夠?qū)崿F(xiàn)超低的功率損耗。同時(shí)，其寄生電感小于 1nH，有助于減少信號(hào)干擾和能量損失，在設(shè)計(jì)中能夠有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。我們在設(shè)計(jì)電源相關(guān)電路時(shí)，這種低功耗和低寄生電感特性會(huì)讓我們少很多后顧之憂。

1.2 小巧封裝與高集成性

它采用 8x8mm 的 SMD 封裝，是同類型產(chǎn)品中體積最小的之一。這種小巧的封裝形式不僅便于集成到各類電路板中，還能節(jié)省寶貴的電路板空間。對(duì)于那些對(duì)空間要求較高的汽車電子應(yīng)用，如車載充電器等，TLE4971 無疑是一個(gè)理想的選擇。

1.3 高精度與寬頻帶

該傳感器具備高精度、可擴(kuò)展的直流和交流電流傳感能力。其 210kHz 的帶寬能夠滿足廣泛的應(yīng)用需求，無論是快速變化的電流信號(hào)，還是穩(wěn)定的直流電流，TLE4971 都能準(zhǔn)確測量。而且在不同溫度環(huán)境下，它的靈敏度誤差非常低，保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.4 電氣隔離性能

TLE4971 具有高達(dá) 1150V 峰值的 VIORM 電氣功能隔離能力，能夠有效隔離不同電路之間的電氣干擾，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在汽車電子系統(tǒng)中，電氣隔離是非常重要的，它可以防止故障在不同電路之間蔓延，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2. 產(chǎn)品描述

TLE4971 是一款用于交流和直流測量的高精度微型無芯磁電流傳感器，具有模擬接口和兩個(gè)快速過流檢測輸出。它采用了英飛凌成熟且可靠的單片霍爾技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高達(dá) ±120A 滿量程電流的精確和高線性測量。同時(shí)，傳感器還具備內(nèi)部自我診斷功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身的故障并進(jìn)行報(bào)警。

在典型應(yīng)用方面，TLE4971 適用于車載充電器以及各種類型的驅(qū)動(dòng)器。其差分測量原理能夠有效抑制雜散磁場的干擾，使其在惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。兩個(gè)獨(dú)立的接口引腳（OCD）可以在電流超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)提供快速輸出信號(hào)，方便系統(tǒng)及時(shí)采取保護(hù)措施。另外，該傳感器出廠時(shí)已進(jìn)行全面校準(zhǔn)，無需客戶進(jìn)行額外的生產(chǎn)線末端校準(zhǔn)，這大大簡化了生產(chǎn)流程。所有用戶可編程參數(shù)，如 OCD 閾值、消隱時(shí)間和輸出配置模式等，都存儲(chǔ)在嵌入式 EEPROM 存儲(chǔ)器中，方便用戶進(jìn)行靈活配置。

3. 訂貨信息

大家可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求選擇合適量程的產(chǎn)品。

4. 引腳配置

當(dāng)電流從引腳 8（+）通過集成電流軌流向引腳 7（-）時(shí)，測量的電流 IPN 為正值。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，正確理解和使用這些引腳是確保傳感器正常工作的關(guān)鍵。你在使用過程中有沒有遇到過引腳連接方面的問題呢？

5. 目標(biāo)應(yīng)用

TLE4971 適用于交流和直流電流測量應(yīng)用，包括車載充電器（OBC）、驅(qū)動(dòng)器、伺服系統(tǒng)、電機(jī)控制、逆變器、電動(dòng)滑板車、電動(dòng)自行車以及輕型電動(dòng)車等。同時(shí)，它還可用于電流監(jiān)測、過載和過流檢測等方面。

由于其采用了磁干擾抑制技術(shù)，該傳感器在受到外部磁場干擾時(shí)表現(xiàn)出極高的魯棒性。此外，它還支持可配置閾值的快速過流檢測功能，允許控制單元獨(dú)立于主測量路徑關(guān)閉并保護(hù)受影響的系統(tǒng)，避免因過流而造成損壞。

6. 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品配置

這里的 1) 和 2) 對(duì)應(yīng)的可選值在文檔的其他表格中有詳細(xì)說明，大家在進(jìn)行配置時(shí)需要仔細(xì)參考。

7. 功能輸出描述

TLE4971 的模擬輸出信號(hào)取決于所選的輸出模式，包括單端模式、全差分模式和半差分模式。

7.1 單端輸出模式

在單端模式下，VREF 作為輸入引腳提供模擬參考電壓。AOUT 引腳上的電壓 VAOUT 與電流軌上測量的電流 IPN 成正比，其計(jì)算公式為 (V{AOUT }(I{P N})=V{O Q}+S cdot I{P N})，其中 (V{OQ}) 是 (I{P N}=0) 時(shí) VAOUT 的值，且 (V{O Q}left(V{R E F}right)=V{R E F})。通過設(shè)置不同的參考電壓值，可以實(shí)現(xiàn)雙向或單向電流傳感。默認(rèn)情況下，靈敏度與 VREF 是非比例關(guān)系，如果啟用比例關(guān)系，則靈敏度的計(jì)算公式為 (Sleft(V{R E F}right)=Sleft(V{R E F N O M}right) cdot frac{V{R E F}}{V_{R E F N O M}})。

7.2 全差分輸出模式

在全差分輸出模式下，VREF 和 AOUT 都是模擬輸出，以實(shí)現(xiàn)雙倍的電壓擺幅。AOUT 是同相輸出，VREF 是反相輸出，計(jì)算公式為 (V{AOUT }(I{P N})=V{QAOUT }+Scdot I{PN}) 和 (V{REF}(I{PN})=V{QREF}-Scdot I{PN})。靜態(tài)電壓由電源引腳 VDD 和 GND 得出，且在 AOUT 和 VREF 上具有相同的值，即 (V{Q A O U T}left(V{D D}right)=V{Q R E F}left(V{D D}right)=frac{V{D D}}{2})。如果啟用比例關(guān)系，全差分模式下的靈敏度與 VDD 成比例，計(jì)算公式為 (Sleft(V{D D}right){diff }=S(3.3 V){diff } cdot frac{V_{D D}}{3.3 V})。

7.3 半差分輸出模式

在半差分輸出模式下，傳感器使用芯片內(nèi)部參考電壓生成靜態(tài)電壓，并通過 VREF 引腳輸出。模擬測量結(jié)果以單端輸出信號(hào)的形式出現(xiàn)在 AOUT 引腳上。靈敏度和輸出偏移對(duì)參考電壓的依賴關(guān)系與單端輸出模式相同。靜態(tài)電壓可以編程為 3 個(gè)不同的值，分別適用于雙向電流和單向電流。

8. 快速過流檢測（OCD）

8.1 OCD 功能概述

TLE4971 的過流檢測（OCD）功能能夠快速檢測過流事件?；魻柼筋^的原始模擬輸出直接輸入到具有可編程開關(guān)閾值的比較器中。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了用戶可編程的消毛刺濾波器，用于抑制快速開關(guān)瞬變。兩個(gè)不同的開漏 OCD 引腳為低電平有效，可以在電路板層面直接組合成線與（wired - AND）配置，以提供通用的過流檢測信號(hào)。該傳感器支持兩個(gè)獨(dú)立的可編程 OCD 輸出，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。

8.2 OCD 引腳連接

OCD 引腳可以連接到微控制器的邏輯輸入引腳和/或柵極驅(qū)動(dòng)器，以便快速響應(yīng)過流事件。它們被設(shè)計(jì)為開漏輸出，便于設(shè)置線與配置，并且允許通過一個(gè)微控制器引腳監(jiān)測多個(gè)電流傳感器的輸出。

8.3 OCD 閾值設(shè)置

OCD 輸出的對(duì)稱閾值水平是可調(diào)節(jié)的，當(dāng)出現(xiàn)正或負(fù)過流時(shí)會(huì)觸發(fā)過流事件?？赡艿拈撝邓皆谖臋n的表格 7 和表格 8 中有詳細(xì)列出，具體的設(shè)置說明可以在 TLI4971 編程指南和 TLE4971 附錄中找到。

8.4 OCD 輸出時(shí)序

兩個(gè)輸出引腳都配備了消毛刺濾波器，以避免電流軌上的噪聲尖峰導(dǎo)致誤觸發(fā)。消毛刺濾波器的設(shè)置可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行編程，可用選項(xiàng)在表格 7 和表格 8 中列出。在過流事件發(fā)生時(shí)，OCD 輸出引腳的典型行為如圖 3 所示。不同持續(xù)時(shí)間的過流脈沖會(huì)有不同的響應(yīng)，只有當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間超過一定閾值時(shí)，才會(huì)觸發(fā) OCD 事件。你在實(shí)際應(yīng)用中是如何設(shè)置 OCD 閾值和消毛刺濾波器的呢？

9. 欠壓/過壓檢測

TLE4971 能夠檢測自身電源（VDD）的欠壓或過壓情況。當(dāng)檢測到欠壓（(V{DD}{VLOH})）或過壓（(V{DD}>O{VLOH})）時(shí)，兩個(gè) OCD 引腳會(huì)被拉低，以向用戶發(fā)出信號(hào)。需要注意的是，僅當(dāng) (V{DD}>V{DD,OCD}) 時(shí)，才會(huì)對(duì) OCD 引腳進(jìn)行欠壓檢測。在啟動(dòng)時(shí)，兩個(gè) OCD 引腳會(huì)被拉低，當(dāng) VDD 超過欠壓閾值 (UVLOH_R) 且達(dá)到上電延遲時(shí)間 tPOR 后，傳感器會(huì)釋放 OCD 引腳，表明其正常工作且具有高精度。