汽車級高精度無芯電流傳感器 TLE4971

在電子工程師日常的硬件設計工作中，電流傳感器是至關重要的組件。今天要為大家介紹英飛凌（Infineon）推出的 TLE4971 高精度無芯電流傳感器，它專為汽車應用而設計，采用 8x8mm 貼片封裝，擁有諸多出色特性。

文件下載：Infineon Technologies TLE4971 XENSIV?無芯電流傳感器.pdf

1. 產品特性與優勢

1.1 低功耗與低寄生電感

TLE4971 集成了典型插入電阻為 220μΩ 的電流軌，這使得它能夠實現超低的功率損耗。同時，其寄生電感小于 1nH，有助于減少信號干擾和能量損失，在設計中能夠有效提升系統的穩定性和效率。我們在設計電源相關電路時，這種低功耗和低寄生電感特性會讓我們少很多后顧之憂。

1.2 小巧封裝與高集成性

它采用 8x8mm 的 SMD 封裝，是同類型產品中體積最小的之一。這種小巧的封裝形式不僅便于集成到各類電路板中，還能節省寶貴的電路板空間。對于那些對空間要求較高的汽車電子應用，如車載充電器等，TLE4971 無疑是一個理想的選擇。

1.3 高精度與寬頻帶

該傳感器具備高精度、可擴展的直流和交流電流傳感能力。其 210kHz 的帶寬能夠滿足廣泛的應用需求，無論是快速變化的電流信號，還是穩定的直流電流，TLE4971 都能準確測量。而且在不同溫度環境下，它的靈敏度誤差非常低，保證了測量結果的準確性和可靠性。

1.4 電氣隔離性能

TLE4971 具有高達 1150V 峰值的 VIORM 電氣功能隔離能力，能夠有效隔離不同電路之間的電氣干擾，提高系統的安全性和穩定性。在汽車電子系統中，電氣隔離是非常重要的，它可以防止故障在不同電路之間蔓延，保護整個系統的正常運行。

2. 產品描述

TLE4971 是一款用于交流和直流測量的高精度微型無芯磁電流傳感器，具有模擬接口和兩個快速過流檢測輸出。它采用了英飛凌成熟且可靠的單片霍爾技術，能夠實現對高達 ±120A 滿量程電流的精確和高線性測量。同時，傳感器還具備內部自我診斷功能，可以及時發現自身的故障并進行報警。

在典型應用方面，TLE4971 適用于車載充電器以及各種類型的驅動器。其差分測量原理能夠有效抑制雜散磁場的干擾，使其在惡劣環境下也能穩定工作。兩個獨立的接口引腳（OCD）可以在電流超過預設閾值時提供快速輸出信號，方便系統及時采取保護措施。另外，該傳感器出廠時已進行全面校準，無需客戶進行額外的生產線末端校準，這大大簡化了生產流程。所有用戶可編程參數，如 OCD 閾值、消隱時間和輸出配置模式等，都存儲在嵌入式 EEPROM 存儲器中，方便用戶進行靈活配置。

3. 訂貨信息

大家可以根據實際的應用需求選擇合適量程的產品。

4. 引腳配置

當電流從引腳 8（+）通過集成電流軌流向引腳 7（-）時，測量的電流 IPN 為正值。在實際設計中，正確理解和使用這些引腳是確保傳感器正常工作的關鍵。你在使用過程中有沒有遇到過引腳連接方面的問題呢？

5. 目標應用

TLE4971 適用于交流和直流電流測量應用，包括車載充電器（OBC）、驅動器、伺服系統、電機控制、逆變器、電動滑板車、電動自行車以及輕型電動車等。同時，它還可用于電流監測、過載和過流檢測等方面。

由于其采用了磁干擾抑制技術，該傳感器在受到外部磁場干擾時表現出極高的魯棒性。此外，它還支持可配置閾值的快速過流檢測功能，允許控制單元獨立于主測量路徑關閉并保護受影響的系統，避免因過流而造成損壞。

6. 標準產品配置

這里的 1) 和 2) 對應的可選值在文檔的其他表格中有詳細說明，大家在進行配置時需要仔細參考。

7. 功能輸出描述

TLE4971 的模擬輸出信號取決于所選的輸出模式，包括單端模式、全差分模式和半差分模式。

7.1 單端輸出模式

在單端模式下，VREF 作為輸入引腳提供模擬參考電壓。AOUT 引腳上的電壓 VAOUT 與電流軌上測量的電流 IPN 成正比，其計算公式為 (V{AOUT }(I{P N})=V{O Q}+S cdot I{P N})，其中 (V{OQ}) 是 (I{P N}=0) 時 VAOUT 的值，且 (V{O Q}left(V{R E F}right)=V{R E F})。通過設置不同的參考電壓值，可以實現雙向或單向電流傳感。默認情況下，靈敏度與 VREF 是非比例關系，如果啟用比例關系，則靈敏度的計算公式為 (Sleft(V{R E F}right)=Sleft(V{R E F N O M}right) cdot frac{V{R E F}}{V_{R E F N O M}})。

7.2 全差分輸出模式

在全差分輸出模式下，VREF 和 AOUT 都是模擬輸出，以實現雙倍的電壓擺幅。AOUT 是同相輸出，VREF 是反相輸出，計算公式為 (V{AOUT }(I{P N})=V{QAOUT }+Scdot I{PN}) 和 (V{REF}(I{PN})=V{QREF}-Scdot I{PN})。靜態電壓由電源引腳 VDD 和 GND 得出，且在 AOUT 和 VREF 上具有相同的值，即 (V{Q A O U T}left(V{D D}right)=V{Q R E F}left(V{D D}right)=frac{V{D D}}{2})。如果啟用比例關系，全差分模式下的靈敏度與 VDD 成比例，計算公式為 (Sleft(V{D D}right){diff }=S(3.3 V){diff } cdot frac{V_{D D}}{3.3 V})。

7.3 半差分輸出模式

在半差分輸出模式下，傳感器使用芯片內部參考電壓生成靜態電壓，并通過 VREF 引腳輸出。模擬測量結果以單端輸出信號的形式出現在 AOUT 引腳上。靈敏度和輸出偏移對參考電壓的依賴關系與單端輸出模式相同。靜態電壓可以編程為 3 個不同的值，分別適用于雙向電流和單向電流。

8. 快速過流檢測（OCD）

8.1 OCD 功能概述

TLE4971 的過流檢測（OCD）功能能夠快速檢測過流事件。霍爾探頭的原始模擬輸出直接輸入到具有可編程開關閾值的比較器中。同時，還實現了用戶可編程的消毛刺濾波器，用于抑制快速開關瞬變。兩個不同的開漏 OCD 引腳為低電平有效，可以在電路板層面直接組合成線與（wired - AND）配置，以提供通用的過流檢測信號。該傳感器支持兩個獨立的可編程 OCD 輸出，能夠滿足不同的應用需求。

8.2 OCD 引腳連接

OCD 引腳可以連接到微控制器的邏輯輸入引腳和/或柵極驅動器，以便快速響應過流事件。它們被設計為開漏輸出，便于設置線與配置，并且允許通過一個微控制器引腳監測多個電流傳感器的輸出。

8.3 OCD 閾值設置

OCD 輸出的對稱閾值水平是可調節的，當出現正或負過流時會觸發過流事件。可能的閾值水平在文檔的表格 7 和表格 8 中有詳細列出，具體的設置說明可以在 TLI4971 編程指南和 TLE4971 附錄中找到。

8.4 OCD 輸出時序

兩個輸出引腳都配備了消毛刺濾波器，以避免電流軌上的噪聲尖峰導致誤觸發。消毛刺濾波器的設置可以根據應用需求進行編程，可用選項在表格 7 和表格 8 中列出。在過流事件發生時，OCD 輸出引腳的典型行為如圖 3 所示。不同持續時間的過流脈沖會有不同的響應，只有當脈沖持續時間超過一定閾值時，才會觸發 OCD 事件。你在實際應用中是如何設置 OCD 閾值和消毛刺濾波器的呢？

9. 欠壓/過壓檢測

TLE4971 能夠檢測自身電源（VDD）的欠壓或過壓情況。當檢測到欠壓（(V{DD}{VLOH})）或過壓（(V{DD}>O{VLOH})）時，兩個 OCD 引腳會被拉低，以向用戶發出信號。需要注意的是，僅當 (V{DD}>V{DD,OCD}) 時，才會對 OCD 引腳進行欠壓檢測。在啟動時，兩個 OCD 引腳會被拉低，當 VDD 超過欠壓閾值 (UVLOH_R) 且達到上電延遲時間 tPOR 后，傳感器會釋放 OCD 引腳，表明其正常工作且具有高精度。