卜祥瑞
英飛凌汽車應用中的智能高邊開關晶片一般都帶有電流檢測功能，MCU可以通過對IS PIN進行採樣，檢測開關的工作狀態，及時處理錯誤工況以及失效問題。IS對於不同工作狀態的輸出電流可以通過datasheet中的真值表進行查找。
圖1. 內部電流檢測電路簡易原理圖
圖中是電流檢測電路的簡易原理圖。放大器比較電流鏡上端兩個MOSFET的源極電壓，驅動PMOS在線性區工作，從而得到測量結果。需要特別注意的是: 不同電源供電的兩個智能高邊晶片IS腳不能連接到一起，否則可能會出現一顆晶片通過內部的電晶體對另一顆晶片倒灌電流的現象。同時，由於IS輸出電流能力的能力是有上限的，因此可檢測的負載電流也是有範圍的，過大的負載電流會觸發電路保護功能或使IS的輸出電流達到飽和值。
在正常工況下，IS PIN會輸出與負載電流成比例的IIS電流。通過配置外接電阻RIS，MCU可以用內部的ADC進行電壓採樣，從而計算得到當前負載電流值。
但這種電流檢測的精度常常受到限制，而引起這種精度問題的主要原因有：
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sense offset current：這是由於內部放大器的失調電壓所引起，它在小電流時對精度影響較大且易被溫度影響。
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steepness (slope)：在datasheet中它一般被定義為∆(dkILIS(CAL))或∆dkILIS，在大電流時對精度影響較大。
圖2. 反饋電流曲線誤差示意圖
其中函數曲線的斜率(slope)取決於KIS（也叫dkILIS），它可以在器件對應的datasheet中查到。一般dkILIS會受到以下幾個因素的影響：
1.溫度
2 .供電電壓
3.生產過程
▏英飛凌高精度電流檢測技術
ADVANCED SENSE TECHNOLOGY
英飛凌之前的產品部分是使用ADVANCED SENSE技術來提高電流檢測精度，它可以通過multiple calibration的方式來以滿足不同應用的需求。
圖中是ADVANCED SENSE技術的模塊示意圖，這種技術最明顯的特點就是將OFFSET的電壓進行內部補償，從而使得所有的OFFSET為正值。這樣在器件關斷時，用ADC對IS腳進行採樣，就可以得到當前工況下的OFFSET。甚至可以通過在軟體中編寫補償算法，在器件工作過程中對OFFSET進行實時補償，這大大提高了電流檢測的精度。
GATE BACK REGULATION TECHNOLOGY
而目前的PROFET+24V系列和一些新品多採用gate back regulation(GBR)技術來提高小電流時的電流檢測精度。
通過對內部DMOS的VDS電壓進行監測，當VDS變低時，門級驅動減小門級電壓來增大通道的阻值Rds(on)。
圖3. 使用GBR技術的VDS與未使用時的對比圖
圖中三條曲線的VDS被限制在VDS(NL)就是應用了GBR技術的體現。一般來說KILIS的計算公式為：
其中KILIS0是目標中心值。而當負載電流接近0時，KILIS會被放大到無窮大。此時，應用GBR技術可以通過對VDS最小值的限制相應進行補償。
圖4. 使用GBR技術與未使用時的KILIS範圍對比
但需要注意的是，GBR技術可以極大可能的減小OFFSET，但不能完全解決OFFSET可能為負的問題。而負值的OFFSET會產生一段測量的“盲區”。
▏智能高邊開關電流檢測精度提高的方法
硬體外圍電路設計
在IS PIN和MCU的ADC之間添加Csense濾波，減少信號的波動和震盪。以下是IS PIN外圍電路示意圖，綠色虛線中的電路可以在IS PIN輸出電壓超過MCU的電壓等級時，對MCU的ADC進行過壓保護。
智能高邊開關標定校準
對智能高邊開關進行標定可以校準電流傳感器，提高電流檢測精度。標定一般分為單點標定法和兩點標定法。
1. 單點標定法
單點標定法最大的好處是操作簡單，節約時間，只需要使用智能高邊開關對已知的負載電流進行一次採樣即可。具體步驟如下圖所示：
圖6. 單點標定KILIS範圍示意圖
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在已知溫度下（一般為25°C）對任意已知負載（比如IL=10A）用MCU對IS PIN進行採樣，並計算得出IIS（IIS=VIS/RIS）
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通過已知點(x1,y1)理想情況下斜率為dkILIS典型值的倒數，此時得到與y軸的交點b，為OFFSET。但考慮slope error（以±5%為例），dkILIS會在典型值的95%到105%波動。
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在最差情況下dkILIS會處於datasheet中dkILIS的最大最小範圍內波動。於是以dkILIS的最大最小值作為邊界，考慮兩條邊界相應的slope error，便會得到4個斜率邊界。
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此時通過已知點(x1,y1)的四個函數之間所組成的最大面積就是IIS電流的波動範圍。
與圖2(c)做對比，可知誤差範圍被縮小了，即電流檢測的精度得到提高。但是需要注意的時，不同的選點（即負載電流）會有不同的標定效果。由圖6(d)中可以知道，在已知點附近的精度會得到更大的提高。
2. 兩點標定法
兩點標定相對於單點標定會有更高的精度提升，但相應的需要對兩個已知負載電流進行採樣標定。具體步驟如下圖所示：
圖7. 雙點標定KILIS範圍示意圖
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在已知溫度下（一般為25°C）對2個已知負載（比如IL1=10A，IL2=20A）用MCU對IS PIN進行採樣，並計算得出IIS1、IIS2與dkILIS(cal)= ∆IL/∆IIS
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使用新求得的1/ dkILIS(cal)取代典型值作為斜率，考慮slope error，得到相應的誤差範圍。
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由新的兩條斜率邊界交得y軸上的點就是OFFSET的最大範圍，疊加考慮相應的斜率即可得到兩點標定後的誤差範圍
使用這種方式可以得到最小的誤差區間，以達到最高的電流檢測精度。新的負載電流計算公式如下：
BTS50010-1LUA不使用標定與使用兩點標定後的誤差對比：
▏結論
使用兩點標定法可以有效降低電流檢測誤差，負載電流越大，誤差相對的就會顯得越小。在大電流時，精度可以達到5%以內。為了使我們的2點標定校準達到最好的效果，用戶需要設置IIS0為IIS0(CAL)，使用計算出的dkILIS(CAL)代替dkILIS，最好還要使用datasheet中推薦的RIS值。
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/8guzjhcdp1CSilNwnuGMVw
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