常用的電流檢測技術

簡介

電流檢測技術常用于高壓短路保護、電機控制、DC/DC換流器、系統功耗管理、二次電池的電流管理、蓄電池管理等電流檢測等場景。對于大部分應用，都是通過間接測量電阻兩端的壓降來獲取待測電路電流大小的，如下圖所示。在要求不高的情況下，電流檢測電路可以通過運放放大轉換成電壓，反推算負載的電流大小。

技術分類

測量電流時，電流檢測技術分為高端檢測和低端檢測。將測量電阻放在電源與負載之間的這種測量方法稱為高端檢測。將測量電阻放在負載和接地端之間的這種測量方法稱為低端電流檢測。這兩種用于感測負載中電流的方法如下圖所示。

兩種測量方法各有利弊，本文重點講解低端電流檢測技術。

低端電流測量的優點

共模電壓，即測量輸入端的平均電壓接近于零。這樣更便于設計應用電路，也便于選擇適合這種測量的器件。

低端電流測量的缺點

采用電源接地端和負載/系統接地端時，感測電阻兩端的壓降會有所不同。如果其他電路以電源接地端為基準，可能會出現問題。為最大限度地避免此問題，存在交互的所有電路均應以同一接地端為基準。降低電流感測電阻值有助于盡量減小接地漂移。

設計電路或選擇用于電流測量的器件時，低側電流感測是最簡單的方法。由于輸入端的共模電壓低，因此可使用差分放大器拓撲。下圖給出了采用運算放大器（運放）的經典差分放大器拓撲，輸入輸出關系可由理想運放的基本性質（虛短虛斷）來推導，此處不具體描述感興趣的兄弟，后臺回復“低端檢測”可獲取推導詳情過程。

應用場景

由于電流感測電路測得的電壓接近于地，因此在處理非常高的電壓時、或者在電源電壓可能易于出現尖峰或浪涌的應用中，優先選擇這種方法測量電流。由于低側電流感測能夠抗高壓尖峰干擾，并能監測高壓系統中的電流，因此廣泛應用于很多汽車、工業和電信應用中。

設計過程注意哪些問題：

• 可以直接選用集成了增益設置電阻的電流檢測放大器，從而可減少分立實現方案存在的諸多布局問題
• 若采用分立器件搭建時，注意需要將R1 和R2 放在盡可能靠近運算放大器和電流感測電阻的位置。將這些元件放在靠近運放的位置后，運算放大器同相輸入端出現噪聲拾取的可能性會降低，同時對電流通過電阻器時的壓降進行檢測，需要從電阻器的兩端引出用于檢測電壓的圖案。電壓檢測連接如下圖右所示，建議從電阻器電極焊盤的內側中心引出。這是因為電路基板的銅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，從電極焊盤的側面引出電壓檢測圖案，檢測對象將是低電阻器電阻值加上銅箔圖案電阻值的壓降，無法正確地檢測電流

• PCB Layout參考

• 注意運放的選型，輸入輸出軌到軌運放便于信號完整的傳輸到輸出端
• 如果應用中存在容性負載，需要特別考慮運放的穩定性，以免出現振蕩或嚴重的輸出振鈴現象