車載應(yīng)用中的電流檢測

　　要求電流檢測的車載應(yīng)用

　　車載應(yīng)用中的電流檢測包括控制通過螺線管和噴射器的電流。例如，在柴油噴射時(shí)，我們用48V 或更高的電壓迅速地將感應(yīng)噴射器的電流提高到20 安培。一旦達(dá)到20A，電流檢測電路就會(huì)向控制電路提供反饋信號(hào)，以保持噴射器電流為20A 不變。

　　電流檢測通?？稍鰪?qiáng)重要的性能或特性。電動(dòng)車窗系統(tǒng)是展示電流檢測技術(shù)優(yōu)勢的一個(gè)很好的例子。由于馬達(dá)扭矩與電流成正比，因此馬達(dá)在扭矩過大的情況下就會(huì)停止工作，比方說人的胳膊卡在電動(dòng)車窗上，或者機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，馬達(dá)都會(huì)停止工作。

　　電流檢測的方法

　　負(fù)載或電源的低壓側(cè)或高壓側(cè)都可進(jìn)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(cè)檢測為零伏。低壓側(cè)檢測最簡單，可采用最基本的放大器電路。低壓側(cè)檢測的難點(diǎn)在于：低壓側(cè)檢測會(huì)影響系統(tǒng)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于故障診斷。

　　圖1 中的高壓側(cè)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(yīng)用中為13.8V。不過，如果為無限制的(unconditioned) 電池線路，那么會(huì)受瞬變影響：如果無意中將電池方向放錯(cuò)就會(huì)出現(xiàn)–13.5V 的情況，如果出現(xiàn)負(fù)載突降或感應(yīng)反沖，那么最大瞬變可達(dá)72V。不妨設(shè)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制。

　　圖1 在高壓側(cè)電流檢測中，共模電壓是主要問題

　　老式分路檢測電路基于差動(dòng)放大器，即周圍帶四個(gè)電阻來設(shè)置增益并提供差動(dòng)輸入的運(yùn)算放大器(operation amplifier)。這些電阻使運(yùn)算放大器能接受超過其電源軌的共模電壓。不過，這也會(huì)帶來下面一些負(fù)面問題：一是電路必須配置為衰減器，在隨后的運(yùn)算放大器級(jí)中恢復(fù)增益，如圖2A 中的IC 結(jié)構(gòu)圖所示，運(yùn)算放大器的增益會(huì)成倍增大第一個(gè)放大器的偏置和漂移量，從而降低整體性能。二是采用高共模電壓差動(dòng)放大器要增加電阻網(wǎng)絡(luò)，以使之在仍然只提供單位增益的同時(shí)能夠接受較高的共模電壓。高共模差動(dòng)放大器帶來的影響在于：運(yùn)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(dòng)放大器結(jié)構(gòu)采用了20:1 的內(nèi)部共模衰減，此舉使放大器的偏置、漂移和噪聲都比運(yùn)算放大器本身擴(kuò)大了20 倍。此外，較大的輸入電阻也會(huì)造成較高的噪聲。

　　圖2 可用于車載電流檢測的電阻型高共模電壓差動(dòng)放大器

　　電流分路監(jiān)控器是專門用于分路電流檢測的高共模電壓差動(dòng)放大器，能夠解決電阻型差動(dòng)放大器的局限性。電流分路監(jiān)控器與差動(dòng)放大器相比的主要區(qū)別在于：其共模電壓功能通常只擴(kuò)展到正電壓，而一些電流分路監(jiān)控器允許共模接地。這會(huì)造成更多的衍生情況，我們隨后還要談到。共模電壓功能也允許擴(kuò)展到負(fù)電壓。電流分路監(jiān)控器從一開始設(shè)計(jì)時(shí)就是以單電源電壓工作的，通常最低電壓可達(dá)2.7V。圖3 顯示了兩類電流分路監(jiān)控器，分為電流輸出型分路監(jiān)控器和電壓輸出型分路監(jiān)控器。電流輸出型分路監(jiān)控器通常靜態(tài)電流較低，需要外部輸出電阻，從而使終端用戶能夠設(shè)定增益。電壓輸出器件采用固定增益且不需要其他組件。