多種電流檢測(cè)放大器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)詳解

　　由于現(xiàn)代的精巧器件將更多的性能和功能集成到更小的封裝，所以管理電子產(chǎn)品中的散熱狀況變得更為重要。即使是基站或服務(wù)器等“大型”項(xiàng)目也比它們以前的性能顯著提高了。監(jiān)視消耗的電流是管理散熱狀況的一個(gè)主要方法，而電流檢測(cè)放大器（也稱為電流分流監(jiān)視器）有助于最大限度地提高您的測(cè)量準(zhǔn)確度。圖1是一個(gè)電流檢測(cè)放大器的方框圖。

　　圖1：電流檢測(cè)放大器方框圖

　　電流檢測(cè)放大器擁有獨(dú)特的輸入級(jí)，該輸入級(jí)允許輸入引腳處的共模電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)器件的電源電壓。此外，它們還集成了非常精確的低漂移增益電阻器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能最大限度地實(shí)現(xiàn)可達(dá)到的準(zhǔn)確度，同時(shí)允許小型并聯(lián)電阻器。不過(guò)，從德州儀器的電流檢測(cè)產(chǎn)品組合為您的應(yīng)用選擇最好的器件還需要進(jìn)行一些別的分析。您需要作出的第一個(gè)決策是：您想在低側(cè)測(cè)量還是在高側(cè)測(cè)量。在低側(cè)配置中，分流器在負(fù)載和接地之間。在高側(cè)配置中，分流電阻器放置在電源和負(fù)載之間。這一決策促使共模電壓成為關(guān)鍵器件規(guī)格之一。

　　在低側(cè)實(shí)施方案中，V-是接地電壓（0V），V+只是跨接地以上分流器的小電壓降，所以VCM基本上是0V（見(jiàn)圖2）。因此，您的電流分流監(jiān)測(cè)器必須在其共模電壓范圍內(nèi)包括0V。早期的電流檢測(cè)放大器（如INA138）在其共模電壓范圍內(nèi)不包括0V，所以不能在低側(cè)使用。較新型的器件（如INA199）具有從-0.3V至+26V的共模范圍，可在低側(cè)或高側(cè)使用。

　　圖2：低側(cè)電流檢測(cè)放大器方框圖

　　系統(tǒng)負(fù)載

　　如果在高側(cè)使用（如圖3所示），共模電壓等于電源電壓，因?yàn)閂+連接到了該電軌。電流檢測(cè)放大器的共模范圍必須包括電源軌以及您需要作為因素計(jì)入的任何負(fù)載容限。例如，在許多24V汽車應(yīng)用中，電流分流監(jiān)視器需要適應(yīng)高達(dá)72V的電壓（作為共模電壓）。正如筆者所提到的，INA210共模范圍向上可擴(kuò)展至26V，而且似乎具備必要條件，能成為適合24V應(yīng)用的出色解決方案；但如果有法規(guī)要求容限超過(guò)26V，那就不可能。在那種情況下，像INA282（其共模電壓范圍從-16V至+80V）這樣的器件就值得考慮了。

　　圖3：高側(cè)電流檢測(cè)放大器方框圖

　　差分放大器

　　您需要考慮的最后器件選擇標(biāo)準(zhǔn)是方向性。如圖4所示，在許多應(yīng)用中，電流可能雙向流動(dòng)；負(fù)載可吸入電流或輸出電流。這方面的例子包括電機(jī)控制和電池管理。只能監(jiān)視單向電流流動(dòng)的電流檢測(cè)放大器被稱為單向電流檢測(cè)放大器，INA193就是一個(gè)例子；能檢測(cè)雙向電流流動(dòng)的電流檢測(cè)放大器被稱為雙向電流檢測(cè)放大器，INA225就是一個(gè)很好的例子。

　　為了確定電流正在哪個(gè)方向流動(dòng)，模擬電流檢測(cè)放大器必須有一個(gè)附加的輸入引腳來(lái)將輸出電壓范圍劃分為系統(tǒng)吸入電流或系統(tǒng)輸出電流。在數(shù)字輸出器件（如 INA226）上，參考電壓（VREF）功能是該器件內(nèi)部的功能，一個(gè)二進(jìn)制補(bǔ)碼輸出用于“負(fù)”電流流動(dòng)。如果兩個(gè)方向的電流流量相等，那么VREF引腳應(yīng)連接在滿量程輸出范圍的中點(diǎn)。另一方面，如果一個(gè)方向的電流流量和另一個(gè)方向的電流流量不相等，您可能需要調(diào)整VREF輸入，以匹配跨滿量程輸出范圍的這個(gè)比例。

　　圖4：雙向電流檢測(cè)放大器方框圖

　　系統(tǒng)輸出電流

　　已熟悉低側(cè)和高側(cè)監(jiān)視的概念以及在這兩種工作方法之間的決策如何影響電流檢測(cè)放大器所需的共模電壓范圍。