汽车远程信息处理应用中的暗电流测量

与 20 年前我们的手机相比，今天的车辆具有更多的智能和连接性。无论是通过基于订阅的通信服务还是内置的蜂窝功能，他们都与世界保持近乎持续的通信。未来，这将包括车对车通信。控制与外界通信的核心是远程信息处理控制单元 (TCU)。

除了在车辆行驶时发生的通信之外，还需要在车辆关闭时进行通信，例如模块固件下载、诊断上传到云服务或位置服务通知等任务。

对于基于内燃机的车辆，车辆关闭通信将始终消耗电池。虽然这可能不是充电电动汽车的问题，但非充电电动汽车会遇到与内燃机汽车相同的问题。尽管通信消耗的电量不足以耗尽电池电量，但如果车辆处于长时间关闭状态（例如在长途旅行期间停在机场），电量消耗确实可能成为一个问题。因此，重要的是要了解此车辆关闭通信消耗了多少电量，以确保当车主返回时有足够的电池电量来启动车辆。消耗的电流通常称为“暗电流”。

不同的车辆有不同的方法来监控其暗电流消耗。许多车辆只是简单地计算已经发生的通信序列的数量。当计数达到一定水平时，TCU 将减慢通信频率并最终将其全部停止以保持电池的充电状态。如果所有通信都具有相同的功耗，则此方法效果很好。

另一方面，如果不同的通信消耗不同的电流量，则测量实际消耗以更好地了解从电池中消耗的电流可能更有益。测量该电流存在两个主要挑战：

· 远程信息处理系统很可能直接连接到 12V 电池轨，如图 2 所示，对于许多车辆来说，这需要 40V 的过压耐受能力。

· 需要测量的电流水平通常在几十毫安。这对许多电流测量技术提出了挑战，特别是如果它们还必须测量可能在几十安培范围内的正常电流消耗水平。

TI 的 INA186-Q1 解决了这两个挑战。INA186-Q1 的共模电压范围可扩展至 42V，使其能够在汽车 12V 电池轨上运行。有关此主题的更多信息，请参阅“汽车模块中的 12V 电池监控”应用简介。

对于大多数电流检测放大器来说，具有四个十进制电流测量的动态范围的能力是一个挑战。例如，假设您有以下规格：

· 双向电流测量：

· 最大测量电流：±10 A。

· 最小测量电流：±10 mA。

· 共模电压：12 V (V BATT )。

· 电源电压：5 V。

· INA186A1-Q1，增益为 25 V/V。

因此，您的输出电压摆幅约为电源电压的一半（2.46 V -有关双向电流测量的更多信息，请参见INA186-Q1 数据表的第 7.4.3 节）。要计算理想的分流电阻值，您可能希望 10 A 正好是 2.46 V。在增益为 25 时，这转换为 98.4 mV 的输入电压。因此，理想的分流值为 9.84 mΩ。实际上，您会希望使用值稍低的分流电阻器，以确保您不会在各种工作条件和分流变化下使输出饱和。

root-sum-square方法用于误差计算。TI 在我们的TI 精密实验室 - 电流检测放大器培训系列 - 特别是TI 精密实验室 - 电流检测放大器：不同误差源简介视频中提供了有关电流测量误差计算的更多信息。使用这四个误差源（失调、增益误差、共模抑制和电源抑制）进行一阶计算，得出两个极端电流下的误差水平，如表 1 所示。

表 1：典型远程信息处理暗电流测量应用的一阶理想分流电阻器和误差计算

如您所见，10 mA 时的误差超过 50%，这对于应用程序来说可能太高了。为了改善低电流下的误差，您需要一个具有更好偏移的放大器。表 1 中所示的 INA190-Q1 是对 INA186-Q1 的引脚升级，可提供更高的精度。

此外，您需要了解系统的功耗和分流电阻器的成本。在最大电流为 10 A 和 9.84-mΩ 分流器的情况下，最大功耗略低于 1 W。如果您可以容忍额外的低电流误差，则可能更容易识别具有成本效益的 4.92-mΩ 分流器与原来的 9.84-mΩ 分流器相比，功耗为 0.5-W。然而，小电流误差会随着最小电流下一半的电压降而增加。

随着车辆关闭通信的增加，确保电池保留足够的电量以处理车辆启动功能至关重要。准确测量消耗的电流是帮助车辆管理此功能的一种方法。TI 电流检测放大器可帮助解决与高精度暗电流监测相关的挑战。