中心議題：

• 探究車載應用中的電流檢測技術

解決方案：

• 電路必須配置為衰減器
• 采用高共模電壓差動放大器要增加電阻網絡

要求電流檢測的車載應用

車載應用中的電流檢測包括控製通過螺線管和噴射器的電流。例如

，在柴油噴射時，我們用 48V 或更高的電壓迅速地將感應噴射器的電流提高到 20 安培。一旦達到 20A，電流檢測電路就會向控製電路提供反饋信號，以保持噴射器電流為 20A 不變。

dianliujiancejishutongchangkezengqiangzhongyaodexingnenghuotexing。diandongchechuangxitongshizhanshidianliujiancejishuyoushideyigehenhaodelizi。youyumadaniujuyudianliuchengzhengbi，yincimadazainiujuguodadeqingkuangxiajiuhuitingzhigongzuo
，bifangshuorendegebokazaidiandongchechuangshang
，huozhejixiexitongfashengguzhangshi，madadouhuitingzhigongzuo。

電流檢測的方法

負載或電源的低壓側或高壓側都可進行電流檢測。共模電壓是指分路 (shunt) 上的電壓（不是分路上的差分電壓），在低壓側檢測為零伏。低壓側檢測最簡單，可采用最基本的放大器電路。低壓側檢測的難點在於：低壓側檢測會影響係統的接地端，可能還需要增加更多的線路，而且這種作法通常不利於故障診斷。

圖 1 中的高壓側分路放大器可檢測很高的電源電壓上極低的差分電壓(通常為 100mV 或更低)，通常在車載應用中為 13.8V。不過

，如果為無限製的 (unconditioned) 電池線路
，那麼會受瞬變影響：如果無意中將電池方向放錯就會出現 –13.5V 的情況
，如果出現負載突降或感應反衝
，那麼最大瞬變可達 72V。不妨設想，放大器通常采用 5～12V 的單電源供電（5V 的電源供電日益常見）
，這就需要放大器的輸入引腳連接到共模電位，大大超過了放大器電源軌的限製。
老式分路檢測電路基於差動放大器，即周圍帶四個電阻來設置增益並提供差動輸入的運算放大器 (operation amplifier)。這些電阻使運算放大器能接受超過其電源軌的共模電壓。不過，這也會帶來下麵一些負麵問題：一是電路必須配置為衰減器，在隨後的運算放大器級中恢複增益
，如圖 2A 中的 IC 結jie構gou圖tu所suo示shi
，運yun算suan放fang大da器qi的de增zeng益yi會hui成cheng倍bei增zeng大da第di一yi個ge放fang大da器qi的de偏pian置zhi和he漂piao移yi量liang
，從cong而er降jiang低di整zheng體ti性xing能neng。二er是shi采cai用yong高gao共gong模mo電dian壓ya差cha動dong放fang大da器qi要yao增zeng加jia電dian阻zu網wang絡luo
，以yi使shi之zhi在zai仍reng然ran隻zhi提ti供gong單dan位wei增zeng益yi的de同tong時shi能neng夠gou接jie受shou較jiao高gao的de共gong模mo電dian壓ya。高gao共gong模mo差cha動dong放fang大da器qi帶dai來lai的de影ying響xiang在zai於yu：運算放大器的噪聲增益與共模衰減成正比，如圖 2B 所示的差動放大器結構采用了 20:1 的內部共模衰減
，此舉使放大器的偏置、漂移和噪聲都比運算放大器本身擴大了 20 倍。此外，較大的輸入電阻也會造成較高的噪聲。 [page]
電流分路.是專門用於分路電流檢測的高共模電壓差動放大器，能夠解決電阻型差動放大器的局限性。電流分路.與差動放大器相比的主要區別在於：其共模電壓功能通常隻擴展到正電壓，而一些電流分路.允許共模接地。這會造成更多的衍生情況，我們隨後還要談到。共模電壓功能也允許擴展到負電壓。電流分路.從一開始設計時就是以單電源電壓工作的，通常最低電壓可達 2.7V。圖 3 顯示了兩類電流分路.
，分為電流輸出型分路.和電壓輸出型分路.。電流輸出型分路.通常靜態電流較低，需要外部輸出電阻
，從而使終端用戶能夠設定增益。電壓輸出器件采用固定增益且不需要其他組件。
車載應用的一般性技術要求

車載電流檢測分為兩大類型：一類是直接連接到電池，另一類是通過限製瞬態偏移的保護電路連接。

上述情況會影響電流分路.上共模電壓額定值的要求。車載的 12V 電子係統最高電壓為 14.4V
，但電池總線器件上的瞬態電壓最高可達 75V，甚至會發生電池換極。

我們還要考慮到另一種共模情況：電dian源yuan線xian路lu的de分fen路lu開kai啟qi
，且qie接jie地di短duan路lu的de情qing況kuang。這zhe時shi共gong模mo電dian壓ya為wei零ling。電dian流liu流liu動dong時shi必bi須xu進jin行xing檢jian測ce，也ye就jiu是shi說shuo
，放fang大da器qi在zai零ling共gong模mo電dian壓ya時shi也ye要yao能neng正zheng常chang工gong作zuo。

最後，我們不妨考慮一下如圖 4 所示的脈衝寬度調製 (PWM) 螺luo線xian管guan驅qu動dong器qi的de情qing況kuang。在zai本ben例li中zhong
，螺luo線xian管guan頂ding部bu開kai啟qi時shi達da到dao電dian池chi電dian壓ya。開kai關guan關guan閉bi時shi，電dian壓ya將jiang回hui到dao二er極ji管guan電dian壓ya降jiang大da小xiao的de負fu電dian平ping上shang。這zhe就jiu要yao求qiu電dian流liu分fen路lu.在低至 –2V 的共模電壓下仍能工作。
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在許多應用中，電流應與某個設定值相比較。通常說來
，進行電流比較還需要電流分路.、比較器和參考電壓。此外
，理想的比較器輸出應與大多數常見的邏輯電路很好地兼容。圖 5 給出了電流比較的例子。在本例中，將電流與采用 TI INA200 係列電流分路.和比較器的簡單單電壓結點進行了比較。R1 和 R2 形成分壓器
，以根據 INA200 係列比較器的內置 0.6V 電壓結點來設置電壓結點。（INA200 係列的增益很有特點：INA200 的增益為 20，INA201 的增益為 50，INA202的增益為 100。）
某mou些xie係xi統tong需xu要yao不bu止zhi一yi個ge電dian流liu限xian製zhi電dian平ping。舉ju例li來lai說shuo，係xi統tong以yi較jiao低di的de電dian流liu限xian製zhi作zuo為wei故gu障zhang即ji將jiang發fa生sheng的de指zhi示shi器qi，而er以yi較jiao高gao限xian製zhi作zuo為wei關guan閉bi係xi統tong的de標biao誌zhi。INA206-INA208 係列電流分路.采用兩個比較器來實現上述功能。某些係統會對較低限製采用延遲輸出
，以避免超出最低限製後引起不必要地觸發瞬態偏移。圖 6 中的電路將 INA206 電流分路.部分的輸出反饋給兩個比較器
，這會生成一個有效的低輸出警報，並為關閉 MOSFET 緩衝路徑提供適當極性。

圖 6 xianshiledianliuyulianggedianyajiedianbijiaodedianlu。jiaodidedianyajiedianjihuojingbaoshuchu
，womenkeweiqipeizhiyigeshidangdeyanchidianlu
，yibimiancuowudeshuntaichufa。jiaodidedianyajiedianzaibijiaoqishuruduanneizhiyuzhiwei 0.6V。Q1 為較高電壓結點輸出提供緩衝
，通過電源開關 MOSFET 關閉電源，如果電流超過上限則啟用 Q2。較高電壓結點采用 INA206 的 1.2V 參考電壓
，INA206 具有避免在沒有鎖存功能的電壓結點發生振蕩的鎖存功能。 圖 6 在該雙電平電流比較電路中，低電平延遲輸出可對即將發生的過載發出警報，支持鎖存功能的上限可將負載電源關閉。