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/係xi統tong接jie地di端duan時shi，感gan測ce電dian阻zu兩liang端duan的de壓ya降jiang會hui有you所suo不bu同tong。如ru果guo其qi他ta電dian路lu以yi電dian源yuan接jie地di端duan為wei基ji準zhun，可ke能neng會hui出chu現xian問wen題ti。為wei最zui大da限xian度du地di避bi免mian此ci問wen題ti，存cun在zai交jiao互hu的de所suo有you電dian路lu均jun應ying以yi同tong一yi接jie地di端duan為wei基ji準zhun。降jiang低di電dian流liu感gan測ce電dian阻zu值zhi有you助zhu於yu盡jin量liang減jian小xiao接jie地di漂piao移yi。

 

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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