硬件工程師要掌握的兩種基本電流檢測(cè)電路

前言

使用電流檢測(cè)電阻采樣電流，是測(cè)量電流的首選技術(shù)。為了不對(duì)電流產(chǎn)生不利影響，它們具有較小的阻值，從而在它們之間產(chǎn)生成比例的小電壓。利用放大這種小電壓的電路，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。分流電阻器兩端的小電壓通常從幾十或幾百毫伏放大到十分之一伏或幾伏。運(yùn)算放大器將分流電阻器上產(chǎn)生的小差分電壓轉(zhuǎn)換為 ADC 可用的電壓。

測(cè)量電流的最簡(jiǎn)單方法是使用分流電阻器（最左側(cè)），通過(guò)該電阻器產(chǎn)生的電壓與流過(guò)它的電流成正比。運(yùn)放會(huì)放大分流電阻器上的低電壓，以便使采集到的電壓在 ADC 的整個(gè)測(cè)量范圍。電流檢測(cè)電路一般有兩種拓?fù)?，分別是高側(cè)法和低側(cè)法。

電流檢測(cè)電阻采樣電流

低側(cè)法

低側(cè)電流測(cè)量將電流分流電阻置于負(fù)載和地之間。

低側(cè)法

低側(cè)電流測(cè)量易于實(shí)施，因?yàn)殡娏鞣至麟娮杵魃系臋z測(cè)電壓以地為參考。在這種配置中，檢測(cè)電壓不會(huì)依賴于更高的電壓，因此不需要共模抑制。低邊測(cè)量方法是最簡(jiǎn)單、成本最低的方法。低壓側(cè)電流測(cè)量的缺點(diǎn)是由于放置了分流電阻器，負(fù)載不再以地為參考，導(dǎo)致負(fù)載的低壓側(cè)比地高幾毫伏。如果負(fù)載和地之間存在短路，則沒(méi)有接地參考可能會(huì)成為問(wèn)題。例如，如果金屬封閉負(fù)載（例如電機(jī)）的繞組對(duì)其接地參考情況下短路，則可能發(fā)生這種短路。電流檢測(cè)電阻可能無(wú)法檢測(cè)到這種短路。

高側(cè)法

高壓側(cè)電流測(cè)量在電源和有源負(fù)載之間插入分流電阻器：

高側(cè)法

與低側(cè)測(cè)量相比，高側(cè)電流測(cè)量有兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。首先，很容易檢測(cè)到源自負(fù)載內(nèi)部對(duì)地的短路，因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的短路電流將流過(guò)分流電阻器，在其兩端產(chǎn)生電壓。其次，這種測(cè)量技術(shù)不是以地為參考的，因此流經(jīng)地平面的高電流產(chǎn)生的差分地電壓不會(huì)影響測(cè)量。

高側(cè)電流測(cè)量技術(shù)有一個(gè)主要缺點(diǎn)。它要求電流檢測(cè)放大器具有高共模抑制，因?yàn)樵诜至髌鲀啥水a(chǎn)生的小電壓剛好低于負(fù)載電源電壓。

匯總

電流檢測(cè)放大器將分流電阻器上產(chǎn)生的低電壓轉(zhuǎn)換為與 ADC 轉(zhuǎn)換更兼容的更大電壓。有兩種可能的電流檢測(cè)測(cè)量類型：低側(cè)和高側(cè)。低邊測(cè)量在負(fù)載和地之間插入電流檢測(cè)電阻，而高邊測(cè)量在電源和負(fù)載之間插入電流檢測(cè)電阻。低側(cè)和高側(cè)測(cè)量配置各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此選擇需要針對(duì)給定應(yīng)用進(jìn)行一些思考和考慮。