電流檢測(cè)，萬(wàn)變不離其宗

電流檢測(cè)技術(shù)常用于高壓短路保護(hù)、電機(jī)控制、DC/DC換流器、系統(tǒng)功耗管理、二次電池的電流管理、蓄電池管理等電流檢測(cè)等場(chǎng)景。對(duì)于大部分應(yīng)用，都是通過(guò)間接測(cè)量電阻兩端的壓降來(lái)獲取待測(cè)電路電流大小的，如下圖所示。在要求不高的情況下，電流檢測(cè)電路可以通過(guò)運(yùn)放放大轉(zhuǎn)換成電壓，反推算負(fù)載的電流大小。

技術(shù)分類

測(cè)量電流時(shí)，電流檢測(cè)技術(shù)分為高端檢測(cè)和低端檢測(cè)。將測(cè)量電阻放在電源與負(fù)載之間的這種測(cè)量方法稱為高端檢測(cè)。將測(cè)量電阻放在負(fù)載和接地端之間的這種測(cè)量方法稱為低端電流檢測(cè)。這兩種用于感測(cè)負(fù)載中電流的方法如下圖所示。

兩種測(cè)量方法各有利弊，本文重點(diǎn)講解低端電流檢測(cè)技術(shù)。低端電流測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)共模電壓，即測(cè)量輸入端的平均電壓接近于零。這樣更便于設(shè)計(jì)應(yīng)用電路，也便于選擇適合這種測(cè)量的器件。

低端電流測(cè)量的缺點(diǎn)

采用電源接地端和負(fù)載/系統(tǒng)接地端時(shí)，感測(cè)電阻兩端的壓降會(huì)有所不同。如果其他電路以電源接地端為基準(zhǔn)，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。為最大限度地避免此問(wèn)題，存在交互的所有電路均應(yīng)以同一接地端為基準(zhǔn)。降低電流感測(cè)電阻值有助于盡量減小接地漂移。設(shè)計(jì)電路或選擇用于電流測(cè)量的器件時(shí)，低側(cè)電流感測(cè)是最簡(jiǎn)單的方法。由于輸入端的共模電壓低，因此可使用差分放大器拓?fù)洹Ｏ聢D給出了采用運(yùn)算放大器（運(yùn)放）的經(jīng)典差分放大器拓?fù)?，輸入輸出關(guān)系可由理想運(yùn)放的基本性質(zhì)（虛短虛斷）來(lái)推導(dǎo)，此處不具體描述感興趣的兄弟，后臺(tái)回復(fù)“低端檢測(cè)”可獲取推導(dǎo)詳情過(guò)程。

應(yīng)用場(chǎng)景

由于電流感測(cè)電路測(cè)得的電壓接近于地，因此在處理非常高的電壓時(shí)、或者在電源電壓可能易于出現(xiàn)尖峰或浪涌的應(yīng)用中，優(yōu)先選擇這種方法測(cè)量電流。由于低側(cè)電流感測(cè)能夠抗高壓尖峰干擾，并能監(jiān)測(cè)高壓系統(tǒng)中的電流，因此廣泛應(yīng)用于很多汽車(chē)、工業(yè)和電信應(yīng)用中。設(shè)計(jì)過(guò)程注意哪些問(wèn)題：

• 可以直接選用集成了增益設(shè)置電阻的電流檢測(cè)放大器，從而可減少分立實(shí)現(xiàn)方案存在的諸多布局問(wèn)題
• 若采用分立器件搭建時(shí)，注意需要將R1 和R2 放在盡可能靠近運(yùn)算放大器和電流感測(cè)電阻的位置。將這些元件放在靠近運(yùn)放的位置后，運(yùn)算放大器同相輸入端出現(xiàn)噪聲拾取的可能性會(huì)降低，同時(shí)對(duì)電流通過(guò)電阻器時(shí)的壓降進(jìn)行檢測(cè)，需要從電阻器的兩端引出用于檢測(cè)電壓的圖案。電壓檢測(cè)連接如下圖右所示，建議從電阻器電極焊盤(pán)的內(nèi)側(cè)中心引出。這是因?yàn)殡娐坊宓你~箔圖案也具備微小的電阻值，需要避免銅箔圖案的電阻值所造成的壓降的影響。如果按照下圖左所示，從電極焊盤(pán)的側(cè)面引出電壓檢測(cè)圖案，檢測(cè)對(duì)象將是低電阻器電阻值加上銅箔圖案電阻值的壓降，無(wú)法正確地檢測(cè)電流

• PCB Layout參考

• 注意運(yùn)放的選型，輸入輸出軌到軌運(yùn)放便于信號(hào)完整的傳輸?shù)捷敵龆?/li>
• 如果應(yīng)用中存在容性負(fù)載，需要特別考慮運(yùn)放的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)振蕩或嚴(yán)重的輸出振鈴現(xiàn)象