圖 1. 電流感測方法

 

兩(liang)種(zhong)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)各(ge)有(you)利(li)弊(bi)。低(di)側(ce)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)優(you)點(dian)之(zhi)一(yi)是(shi)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)，即(ji)測(ce)量(liang)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)壓(ya)接(jie)近(jin)於(yu)零(ling)。這(zhe)樣(yang)更(geng)便(bian)於(yu)設(she)計(ji)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)，也(ye)便(bian)於(yu)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)的(de)器(qi)件(jian)。由(you)於(yu)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)電(dian)路(lu)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)接(jie)近(jin)於(yu)地(di)
，因(yin)此(ci)在(zai)處(chu)理(li)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)時(shi)

、或者在電源電壓可能 易於出現尖峰或浪湧的應用中， 優先選擇這種方法測量電流。由於低側電流感測能夠抗高壓尖峰幹擾，並能監測高壓係統中的電流，因此廣泛應用於很多汽車、工業和電信 應用中。低側電流感測的主要缺點是采用電源接地端和負載/xitongjiediduanshi，gancedianzuliangduandeyajianghuiyousuobutong。ruguoqitadianluyidianyuanjiediduanweijizhun
，kenenghuichuxianwenti。weizuidaxiandudibimianciwenti，cunzaijiaohudesuoyoudianlujunyingyitongyijiediduanweijizhun。jiangdidianliugancedianzuzhiyouzhuyujinliangjianxiaojiedipiaoyi。

 

設計電路或選擇用於電流測量的器件時，低側電流感測是最簡單的方法。由於輸入端的共模電壓低，因此可使用差分放大器拓撲。圖 2 給出了采用運算放大器（運放）的經典差分放大器拓撲。

 

圖 2. 用於低側感測的運算放大器配置

 

使(shi)用(yong)運(yun)放(fang)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)時(shi)，要(yao)確(que)保(bao)運(yun)算(suan)正(zheng)確(que)
，需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)多(duo)項(xiang)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)。首(shou)先(xian)，通(tong)過(guo)信(xin)號(hao)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)時(shi)，運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)需(xu)要(yao)支(zhi)持(chi)對(dui)地(di)的(de)共(gong)模(mo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)。由(you)於(yu)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)通(tong)常(chang)會(hui)提(ti)高(gao)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)增(zeng)益(yi)，因(yin)此(ci)務(wu)必(bi)擺(bai)動(dong)到(dao)運(yun)放(fang)的(de)軌(gui)規(gui)範(fan)範(fan)圍(wei)內(nei)，以(yi)確(que)保(bao)信(xin)號(hao)正(zheng)常(chang)傳(chuan)遞(di)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)。由(you)於(yu)上(shang)述(shu)原(yuan)因(yin)，通(tong)常(chang)會(hui)優(you)先(xian)使(shi)用(yong)軌(gui)到(dao)軌(gui)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)。由(you)於(yu)在(zai)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)配(pei)置(zhi)中(zhong)並(bing)未(wei)指(zhi)定(ding)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)，因(yin)此(ci)難(nan)以(yi)判(pan)斷(duan)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)會(hui)達(da)到(dao)何(he)種(zhong)性(xing)能(neng)。如(ru)果(guo)在(zai)運(yun)放(fang)周(zhou)圍(wei)增(zeng)加(jia)電(dian)阻(zu)
，建(jian)立(li)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)電(dian)路(lu)，則(ze)轉(zhuan)換(huan)率(lv)、帶寬
、輸入電流、gongmoyizhiyijipiaoyidengcanshuxingnengdouhuixiajiang。canshuxingnengxiajiangchengdujiangqujueyufangdaqidebihuanzengyiyijizengyishezhidianzudezhi。caiyongfenlijiejuefanganshi，xuyaokaolvtu 2 中 R1 和 R2 的匹配和容差，因為這些元件的變化將直接影響電路的增益誤差。

 

采用分立電流感測放大器時要考慮的另一因素是 PCB布局。需要將 R1 和 R2 放(fang)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)和(he)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)電(dian)阻(zu)的(de)位(wei)置(zhi)。將(jiang)這(zhe)些(xie)元(yuan)件(jian)放(fang)在(zai)靠(kao)近(jin)運(yun)放(fang)的(de)位(wei)置(zhi)後(hou)，運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)同(tong)相(xiang)輸(shu)入(ru)端(duan)出(chu)現(xian)噪(zao)聲(sheng)拾(shi)取(qu)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)會(hui)降(jiang)低(di)。由(you)於(yu)很(hen)多(duo)電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)都(dou)與(yu) DC/DC 轉換器配合使用，因此需要仔細考慮整個電流感測電路的放置位置
，以免 DC/DC 電源發出輻射噪聲。差分放大器增益可通過圖 2 所示的等式進行計算。但增益增大或減小都會影響解決方案的穩定性和帶寬。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。

 

若要克服分立實現方案的缺陷，一種有效方式是采用圖3 中所示的電流感測放大器。

 

圖 3. 采用 INA199 電流感測放大器進行低側電流感測

 

電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)集(ji)成(cheng)了(le)增(zeng)益(yi)設(she)置(zhi)電(dian)阻(zu)，從(cong)而(er)可(ke)減(jian)少(shao)分(fen)立(li)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)存(cun)在(zai)的(de)諸(zhu)多(duo)布(bu)局(ju)問(wen)題(ti)。內(nei)部(bu)電(dian)阻(zu)設(she)計(ji)用(yong)於(yu)減(jian)少(shao)不(bu)匹(pi)配(pei)情(qing)況(kuang)
，從(cong)而(er)可(ke)優(you)化(hua)增(zeng)益(yi)誤(wu)差(cha)規(gui)範(fan)。電(dian)流(liu)感(gan)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)經(jing)過(guo)預(yu)先(xian)配(pei)置(zhi)，可(ke)滿(man)足(zu)多(duo)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)增(zeng)益(yi)要(yao)求(qiu)。例(li)如(ru)，INA199 的增益可為50、100和200V/V。帶寬和容性負載穩定性使用數據表中指定的最大容性負載針對各個增益設置進行了優化。集成增益設置電阻可降低噪聲靈敏度、減小 PCB 占用麵積，並可簡化布局。集成這些電阻並不一定意味著會增大封裝尺寸。INA199 可采用 2 mm x 1.25 mm SC70 6 引線封裝和 1.8 mm x1.4 mm 超薄四方扁平無引線 (UQFN) 封裝。

 

INA199 的電流測量精度要高於成本效益高的分立運放設計可達到的精度。該器件 在 -40°C 至 105°C 溫度範圍內的最大增益誤差為 1.5%。INA199 的偏移小於 150μV，漂移低於 0.5 μV/°C。

 

INA199 還 具有 REF 引腳。施加到 REF 引腳上的電壓會增大輸出端電壓。如果下遊器件需要轉換電流信號電平

，可使用該引腳。

 

備選器件建議

 

對於對性能要求較高的 應用
， INA210-215 係列器件具有較低的偏移（最大 35μV）和增益誤差（最大 1%）。如果需要使用數字接口實現高精度電流監測
，INA226具有 最大 10 μV 的偏移以及 0.1% 的增益誤差。如果需要小型數字電流監測，可選擇采用小型 1.68 mm x 1.43mm 封裝的 INA231
，它非常適合便攜式應用或空間受限的其他 應用。如果需要通過引腳可綁定的增益設置進行電壓輸出電流監測
，可采用 INA225。

 

表 1. 備選器件建議

 

表 2. 相關技術報告

 

 

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