高精度低側(cè)電流測(cè)量

1、高精度低側(cè)電流測(cè)量【導(dǎo)讀】對(duì)于大部分應(yīng)用，都是通過感測(cè)兩端的壓降測(cè)量。測(cè)量電流時(shí)，通常會(huì)將電阻放在中的兩個(gè)位置。第一個(gè)位置是放在電源與負(fù)載之間。這種測(cè)量辦法稱為高側(cè)感測(cè)。通常放置感測(cè)電阻的其次個(gè)位置是放在負(fù)載和接地端之間。這種電流感測(cè)辦法稱為低側(cè)電流感測(cè)。這兩種用于感測(cè)負(fù)載中電流的辦法圖 1 所示。圖 1. 電流感測(cè)辦法兩種測(cè)量辦法各有利弊。低側(cè)電流測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)之一是共模，即測(cè)量輸入端的平均電壓臨近于零。這樣更便于設(shè)計(jì)應(yīng)用電路，也便于挑選適合這種測(cè)量的器件。因?yàn)殡娏鞲袦y(cè)電路測(cè)得的電壓臨近于地，因此在處理十分高的電壓時(shí)、或者在電源電壓可能 易于浮現(xiàn)尖峰或浪涌的應(yīng)用中， 優(yōu)先挑選這種辦法測(cè)量電流。因

2、為低側(cè)電流感測(cè)能夠抗高壓尖峰干擾，并能監(jiān)測(cè)高壓系統(tǒng)中的電流，因此廣泛應(yīng)用于無數(shù)汽車、工業(yè)和電信 應(yīng)用中。低側(cè)電流感測(cè)的主要缺點(diǎn)是采納電源接地端和負(fù)載/系統(tǒng)接地端時(shí)，感測(cè)電阻兩端的壓降會(huì)有所不同。假如其他電路以電源接地端為基準(zhǔn)，可能會(huì)浮現(xiàn)問題。為最大限度地避開此問題，存在交互的全部電路均應(yīng)以同一接地端為基準(zhǔn)。降低電流感測(cè)電阻值有助于盡量減小接地漂移。設(shè)計(jì)電路或挑選用于電流測(cè)量的器件時(shí)，低側(cè)電流感測(cè)是最容易的辦法。因?yàn)檩斎攵说墓材ｋ妷旱?，因此可用法差分拓?fù)洹D 2 給出了采納（運(yùn)放）的經(jīng)典差分放大器拓?fù)?。圖 2. 用于低側(cè)感測(cè)的運(yùn)算放大器配置用法運(yùn)放舉行電流感測(cè)時(shí)，要確保運(yùn)算正確，需要滿足多項(xiàng)性能

3、要求。首先，通過信號(hào)電源工作時(shí)，運(yùn)算放大器需要支持對(duì)地的共模輸入電壓。因?yàn)椴罘址糯笃魍ǔ?huì)提高差分輸入信號(hào)的增益，因此務(wù)必?cái)[動(dòng)到運(yùn)放的軌規(guī)范范圍內(nèi)，以確保信號(hào)正常傳遞到輸出端。因?yàn)樯鲜鼍売?，通常?huì)優(yōu)先用法軌到軌輸入和輸出運(yùn)算放大器舉行電流感測(cè)。因?yàn)樵诓罘址糯笃髋渲弥胁⑽粗付ㄟ\(yùn)算放大器，因此難以推斷在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)達(dá)到何種性能。假如在運(yùn)放周圍增強(qiáng)電阻，建立電流感測(cè)電路，則轉(zhuǎn)換率、帶寬、輸入電流、共模抑制以及漂移等參數(shù)性能都會(huì)下降。參數(shù)性能下降程度將取決于放大器的閉環(huán)增益以及增益設(shè)置電阻的值。采納分立解決計(jì)劃時(shí)，需要考慮圖 2 中 r1 和 r2 的匹配和容差，由于這些元件的變幻將挺直影響電路的增益

4、誤差。采納分立電流感測(cè)放大器時(shí)要考慮的另一因素是 布局。需要將 r1 和 r2 放在盡可能逼近運(yùn)算放大器和電流感測(cè)電阻的位置。將這些元件放在逼近運(yùn)放的位置后，運(yùn)算放大器同相輸入端浮現(xiàn)噪聲拾取的可能性會(huì)降低。因?yàn)闊o數(shù)電流感測(cè)放大器都與 dc/dc 轉(zhuǎn)換器協(xié)作用法，因此需要認(rèn)真考慮囫圇電流感測(cè)電路的放置位置，以免 dc/dc 電源發(fā)出輻射噪聲。差分放大器增益可通過圖 2 所示的等式舉行計(jì)算。但增益增大或減小都會(huì)影響解決計(jì)劃的穩(wěn)定性和帶寬。假如應(yīng)用中存在容性負(fù)載，需要特殊考慮運(yùn)放的 穩(wěn)定性，以免 浮現(xiàn)振蕩或嚴(yán)峻的輸出振鈴現(xiàn)象。若要克服分立實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的缺陷，一種有效方式是采納圖3 中所示的電流感測(cè)放大器

5、。圖 3. 采納 ina199 電流感測(cè)放大器舉行低側(cè)電流感測(cè)電流感測(cè)放大器集成了增益設(shè)置電阻，從而可削減分立實(shí)現(xiàn)計(jì)劃存在的諸多布局問題。內(nèi)部電阻設(shè)計(jì)用于削減不匹配狀況，從而可優(yōu)化增益誤差規(guī)范。電流感測(cè)放大器經(jīng)過預(yù)先配置，可滿足多種不同的增益要求。例如，ina199 的增益可為50、100和200v/v。帶寬和容性負(fù)載穩(wěn)定性用法數(shù)據(jù)表中指定的最大容性負(fù)載針對(duì)各個(gè)增益設(shè)置舉行了優(yōu)化。集成增益設(shè)置電阻可降低噪聲敏捷度、減小 pcb 占用面積，并可簡(jiǎn)化布局。集成這些電阻并不一定意味著會(huì)增大封裝尺寸。ina199 可采納 2 mm x 1.25 mm sc70 6 引線封裝和 1.8 mm x1.4

6、mm 超薄四方扁平無引線 (uqfn) 封裝。ina199 的電流測(cè)量精度要高于成本效益高的分立運(yùn)放設(shè)計(jì)可達(dá)到的精度。該器件 在 -40°c 至 105°c 溫度范圍內(nèi)的最大增益誤差為 1.5%。ina199 的偏移小于 150v，漂移低于 0.5 v/°c。ina199 還 具有 ref 引腳。施加到 ref 引腳上的電壓會(huì)增大輸出端電壓。假如下游器件需要轉(zhuǎn)換電流信號(hào)電平，可用法該引腳。備選器件建議對(duì)于對(duì)性能要求較高的 應(yīng)用， ina210-215 系列器件具有較低的偏移（最大 35v）和增益誤差（最大 1%）。假如需要用法數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)高精度電流監(jiān)測(cè)，ina226具有 最大 10 v 的偏移以及 0.1% 的增益誤差。假如需要小型數(shù)字電流監(jiān)測(cè)，可挑選采納小型 1.68 mm x 1.43mm 封裝的 ina231，它十