汽車: 如何評估驅動芯片的模擬采樣精度
作者:Scarlett Cao
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202312/454102.htm關鍵物料:UCC21750-Q1, UCC5880-Q1
TI 針對新能源電驅應用場景的明星產品有不帶 SPI接口的智能驅動UCC21750-Q1系列和帶SPI接口的 ASILD功能安全驅動UCC5880-Q1系列。UCC21750-Q1具有DESAT保護、內置米勒鉗位、隔離采樣通道、針對短路過流故障的/FLT pin及針對供電電源的RDY pin輸出。UCC5880-Q1為TI的第二代功能安全柵極驅動芯片,具有可調驅動電流,豐富的診斷保護功能和優異的魯棒性。UCC21750-Q1有一個隔離采樣通道,UCC5880-Q1具有兩個隔離采樣通道,可以用于采樣模組溫度,DC link電壓等應用場景。本文主要介紹隔離驅動芯片的采樣的應用方法和精度分析。
1. 隔離采樣通道介紹
驅動的隔離采樣通道通常為模擬信號輸入,通過占空比信號或SPI輸出。對于non SPI的驅動芯片如UCC21750-Q1系列來說,從AIN pin輸入0-4.5V的模擬信號,通過APWM 輸出頻率為400kHz的PMW 信號,其占空比反應輸入的模擬值大小,可以直接接到MCU的I/O口進行讀數,也可以通過外接RC轉換成模擬值讀取,如下圖1所示。 對于UCC5880-Q1來說,在內置ADC采樣后,除了通過DOUT pin占空比輸出外,用戶還可選擇通過SPI對采樣結果進行讀數,如下圖2所示。
圖1 UCC21750-Q1內置隔離采樣通道示意圖
圖2 UCC5880-Q1內置隔離采樣通道示意圖
2. 采樣偏置方式介紹
模擬采樣通道的偏置方式通常有電壓型和電流型兩種。使用電流型偏置的應用場景主要為外置熱敏二極管類的場合,參考圖3所示。芯片內部產生恒定的電流源流過功率模組的熱敏二極管產生壓降,根據熱敏二極管的V-T特性曲線(如圖4)反推當前的溫度。
圖3 電流型偏置示意圖
圖4 熱敏電阻溫度特性曲線
電壓型偏置的應用場景為母線電壓采樣或基于NTC或PTC 的溫度采樣。以母線電壓采樣為例,可以通過電阻網絡分壓將電壓采樣的范圍轉換到ADC輸入范圍。對UCC21750-Q1來說,內部的偏置電流源不能關掉,所以分析結果時需要減去電流源在上產生的壓降影響。而對UCC5880-Q1來說, 在使用電壓偏置時,可以通過寄存器配置關掉內置的偏置電流源。
圖5 電壓型偏置示意圖
3. 隔離采樣精度分析
如下圖6所示,隔離采樣中的誤差主要有以下三個主要來源:
信號源誤差
AD轉換誤差
MCU量化誤差
圖6 隔離采樣精度分析
第一部分信號源誤差主要指的是對被采樣信號產生的測量誤差,使用電流偏置型電路的需要考慮電流源大小的誤差,使用電壓型偏置電路的需要考慮分壓電阻網絡產生的誤差。如果使用了驅動芯片的VREF輸出進行偏置,也同樣需要考慮偏置源VREF本身產生的誤差。
第二部分AD轉換誤差指驅動芯片收到二次側的模擬信號輸入,轉換成占空比輸出產生的誤差。對UCC21750-Q1來說,這一誤差可以通過Datasheet的對應電壓范圍的精度這個指標得到。對UCC5880-Q1來說,在不同的輸入電壓范圍ADC精度的LSB不同,以電壓下 ADC精度worst case為例,采樣精度為,其中N為UCC5880-Q1 ADC的位數。
第三部分MCU 對APWM/DOUT采樣的量化誤差, 這與MCU的采樣頻率和APWM/DOUT的輸出頻率相關。UCC21750-Q1的APWM頻率為固定的400kHz,而UCC5880-Q1 DOUT輸出頻率為兩檔可配。這一部分產生的量化誤差為 ,其中為MCU采樣頻率,為驅動芯片PWM輸出頻率。 這里需要注意的是MCU 采樣的是占空比還是導通時間。如果MCU采樣的是導通時間,則還需要考慮PWM輸出頻率抖動造成的影響。
當然,如果將驅動芯片PWM輸出通過RC濾波形成模擬量采樣,則不需要考慮量化誤差的影響,只需要考慮MCU端采樣的精度。如果使用UCC5880-Q1并通過SPI對AD采樣結果進行讀數,也不需要考慮第三部分的影響。
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