设计目标

设计说明

该高侧双向电流检测解决方案可以精确地测量 36V 电压总线的 –40A 至 40A 范围内的电流。线性电压输出为 100mV 至 4.90V。该解决方案还可以承受 IEC61000-4-4 4 级 EFT 应力（Voc = 2kV；Isc = 40A；8/20µs）。

设计说明

1. 该解决方案用于高侧电流检测。
2. 检测电阻值由最小和最大负载电流、功率耗散和电流分流放大器 (CSA) 增益决定。
3. 双向电流检测需要使用输出基准电压 (Vref)。器件增益通过内部精密匹配的电阻器网络实现。
4. 预期的最大和最小输出电压必须处于器件线性范围内。
5. 必须根据总线电压、CSA 共模电压规格和 EFT 脉冲特性选择 TVS 二极管。

设计步骤

1. 确定最大输出摆幅：
   $\mathrm{VswN}=Vref-VoMin=2.5\mathrm{V}-0.1\mathrm{V}=2.4\mathrm{V}$
   $\mathrm{VswP}=VoMax-Vref=4.9\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}=2.4\mathrm{V}$
2. 根据最大负载电流、摆幅和器件增益确定检测电阻的最大值。在该示例中，选择了增益 20 来说明计算，也可以选择替代增益版本：
   $\mathrm{Rshunt}\le \frac{\mathrm{Vswp}}{\mathrm{Iin\_max}\times \mathrm{Gain}}=\frac{2.4\mathrm{V}}{40\mathrm{A}\times 20}=3\mathrm{m}\Omega$
3. 计算检测电阻的峰值额定功率：
   $\mathrm{Pshunt}={\mathrm{Iin\_max}}^2\times \mathrm{Rshunt}=40\mathrm{A}{}^2\times 3\mathrm{m}\Omega =5\mathrm{W}$
4. 确定 TVS 关断电压和钳位电压：
   $\mathrm{Vwm}=36\mathrm{V} \mathrm{and} \mathrm{Vc}\le 80\mathrm{V}$
5. 选择 TVS 二极管。

   例如，Littelfuse™ 的 SMBJ36A 可满足之前的要求，峰值脉冲功率为 600W (10/1000µs)，电流为 10.4A。

6. 确保 TVS 二极管满足设计要求（基于 TVS 工作曲线）。

   给定激励 (8/20µs) 下的峰值脉冲功率估计约为 3.5kW，这意味着峰值脉冲电流：

   $\mathrm{Ipp}=\frac{3.5\mathrm{kW}}{600\mathrm{W}}\times 10.4\mathrm{A}=60\mathrm{A}$

这高于最大激励（短路）电流 40A。所选 TVS 有效地保护电路免受指定的 EFT 冲击。

设计仿真

直流传输特性

瞬态仿真结果

输出是输入的缩放版本。

EFT 激励下的 TVS 二极管瞬态响应

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

有关电流检测放大器瞬态保护的更多信息，请参阅 TIDA-00302 和观看电流检测放大器培训视频。

设计特色电流检测放大器

设计备选器件