电桩电流电压采样的要求及解决方案

在碳中和的共同目标下，汽车行业的能源结构开始从化石能源向清洁能源转变，并不断构建完整的低碳发展体系。碳中和的概念一经提出，就引起了资本市场的不安，电动汽车行业也出现了新的高点。与此同时，充电桩作为电动汽车的配套应用也开始进入每个人的视野。

电动汽车充电桩电流电压采样位置及其他要求

随着电动汽车的普及，人们对充电桩的要求也有所提高。在充电桩的应用中，电流电压采样将直接影响充电桩与汽车之间的数据判断。输出电流电压的准确采样是充电桩完成充电操作的关键。

图源：TI

由于电压电流采样主要用于电动汽车充电桩电路系统的环路控制，采样精度和采样时间在环路控制中起着至关重要的作用。一般情况下，电流电压采样精度一般在1%以内，系统控制的响应速度与开关频率密切相关，开关频率在半个开关周期内。如果采用峰值电流控制或滞环控制等变频，样精度和响应速度要求较高。

电流电压采样功能不仅可以控制环路，还可以用于电源系统中的瞬态过电流和短路保护。在这种应用中，响应速度的要求会更高。响应速度的要求主要取决于使用的开关管，如果使用IGBT，短路保护的响应时间通常5μS以内。如果使用碳化硅开关管，由于碳化硅开关管的短路耐受性比IGBT为了避免管道爆炸的风险，响应速度通常控制在1μs以内。

在实际应用中，电流电压采样通常会横跨在控制单元与功率单元两个 部分数据采集可能会造成危险，因此电流电压隔离也是一个需要考虑的问题。

隔离电压电流采样类型

隔离电流采样通常分为两类，一类是基于分流电阻，如隔离运输和隔离Δ∑调制器；另一种是基于电磁感应的原理，例如CT和罗氏环。隔离运输是电动汽车充电桩中常用的一种，带宽可达310kHz以上抗共模干扰能力可达120kV/μs。同时，基于Δ∑调制器采用模拟输入数字输出的方式，因此在抗干扰能力方面也表现良好。

隔离电压采样的实现也可分为两类，一类是隔离运输，另一类是隔离Δ∑调制器的性能优势与电流采样相似。

TI充电桩隔离电流采样方案

电动汽车充电桩隔离电流电压采样，TI基于不同工作原理的电流电压采样方案，如隔离电流采样方案AMC1305M25用于隔离电压采样AMC1311。

图源：TI
本节主要是对的TI的AMC1305M解释25隔离电流采样方案。AMC1305M25的原理是基于分流电阻。单端信号输出容易出现信号干扰问题，TI为了解决这个问题，当差分信号传输到芯片中时，使用差分输出MCU将差分信号转换为单端信号，以减少信号干扰。

同时，AMC3301 输入优化了直接连接低阻抗分流电阻器或其他低信号电平的低阻抗电压源。失调误差最高150μV，失调漂移为1.3 μV /℃，增益误差为±0.增益漂移为3%±40 ppm /℃。优异的直流精度和低温漂移可以保证–40℃至 125℃精确测量工作温度范围内的电流。

在供电方面，隔离型集成在芯片内部DC/DC，充电桩系统控制电路的低压侧电源可直接供电，然后通过芯片内的隔离型DC/DC向高压侧生成隔离电源。内置隔离DC/DC不仅缩小了方法PCB该区域还简化了设计和验证过程。

纳芯微电动汽车充电桩隔离电压采样方案

纳芯微此前推出了一款可用于充电桩电动汽车隔离采样的解决方案NSi1311，NSi1311采用自己的方式NOVOSENSE支持单端0的电容隔离技术.1V至2V信号输入NSi1311具有较高的输入阻抗，因此非常适合连接高压电阻分压器或其它具有高输出电阻的电压信号源。

芯片的带宽为310kHz，共模抑制比为100kV/μs，固定增益为1，最大偏置误差为1±1.5mV，最大增益误差为±0.3% ，采样精度在全温范围内通过极低的失调电压和增益误差来保证。

图源：纳芯微
上图为纳芯微NSi通过观察可以看出1311的内部框架TI用于电流采样AMC1305M25在整体架构上有相似之处。纳芯微和TI差分输出的结构也是一样的。但区别在于NSi隔离层两侧各需一个电源供电。

结语

在电流和电压采样方面，总结了以下几点失衡电压和增益误差值越低，环境温度对采样精度的影响越小。较高的抗共模抑制比可以保证电动汽车充电桩等高压应用的稳定性。差分信号输出可以提高信号传输的抗干扰性。