我目前正在研究一個號稱“無損耗的”電流檢測設計（參見下麵的電路圖片段）。有電阻存在它是如何實現無損耗的呢？ 另外
，電容器的作用是什麼


？ 它看起來像個濾波器
，但又似乎不對，有許多需要濾波的噪音嗎
？ 這個電路有效嗎？ 我是一個有著豐富閱曆的人
，因此我知道凡人是無法達到完美境界的。該電路有哪些危險性和局限性？

 

—Vijay in Vallejo

您好，Vijay。確實，我一切都好，事實上是更好。我剛完成了一個跨州的頭等艙（隻會是頭等艙）長線飛機旅行，在林肯中心欣賞了大都市歌劇院演出的雅克·奧芬巴赫未完成的傑作《霍夫曼的故事》。然(ran)而(er)
，您(nin)寫(xie)信(xin)給(gei)我(wo)的(de)目(mu)的(de)不(bu)是(shi)討(tao)論(lun)法(fa)國(guo)歌(ge)劇(ju)，但(dan)我(wo)希(xi)望(wang)您(nin)可(ke)以(yi)縱(zong)容(rong)我(wo)一(yi)下(xia)，我(wo)在(zai)工(gong)作(zuo)時(shi)就(jiu)想(xiang)象(xiang)成(cheng)我(wo)正(zheng)在(zai)揮(hui)舞(wu)著(zhe)手(shou)臂(bi)，附(fu)和(he)著(zhe)男(nan)中(zhong)音(yin)歌(ge)手(shou)重(zhong)演(yan)。

 

與電感器串聯的電阻表示電感器的串聯電阻。該繞線電阻始終存在。我們可以最小化該電阻，但卻不能消除它。之所以說 ESR 檢測電路沒有損耗，是因為我們沒有添加任何額外的電流檢測電阻
，我們隻是使用不可避免的電阻。

 

正如你所猜測的，電容器不是濾波器，但可以視為一個重建器件，其電容電壓是電感電流的模擬。

 

我會擴展您的電路並包括更多典型元件。在圖 1 中
，注意添加的典型同步降壓開關節點波形以及產生的電感電流。說明： 節點數量與 PSPICE 文件匹配。

如何選擇 R2 和 C1？ 很簡單
，設置 L/R = RC

，因而 RL 網絡的阻抗與 RC 網絡的阻抗匹配；由於網絡匹配，電容器兩端的電壓模擬電感器電流。說明： 若 VC 過度驅動電流檢測放大器，R3 就可用來縮放VC。說明： 若使用 R3，則阻抗匹配計算中所用的 R 應該是 R2 和 R3 並聯等效值。為了利用一定的濾波，我們通常希望 C1 至少為 0.1μF。

我們可以看到 VC模擬 IL（如圖2模擬所示）
，其中綠色曲線是電感器電流
，而紅色曲線是電容器電壓。可以看到波形匹配得很好。

圖3波形是通過簡單的 PSPICE 仿真繪製的。說明： 曲線自 950 uSec 開始，允許諧振 LC（其中 C 是指大容量輸出電容）網絡達到接近穩態。還請注意用於覆蓋波形的 Y 軸比例。

圖3這個電路有效嗎？ 當然有效

，這個電路在業界很常見，用於很多地方。

 

您最後那個關於危險性和局限性的問題很富有洞察力。該電路有哪些問題呢？

 

首先，為了處理更高的電流
，我們使用較大的銅導線，電感器的 ESR 就會降低。這意味著 VC波形的幅度會變小而對應的信噪比會變差。在我們的例子中，注意對於 36.5 A 的電流，我們得到 8.92 mV 的 VC信號。在嘈雜的電源環境中，很難測量沒有顯著噪聲耦合的毫伏信號，我們總是推薦使用差分跟蹤路由、隔離和屏蔽
，尤其是對於開關節點的振鈴。當然，更低電流的信噪比更差

，其中
，VC接近微伏
，這樣低電流測量就更加不準確。

 

測得電流的容差堆積存在更大的問題。電感器 ESR 可能有一個初始±7%的容差。銅的正溫度係數每度大概增加 0.4%。對於 75 度的溫升，這意味著 290 uOhm 銅電阻大概增加 87 微歐 (+30%)。實際上，很難使得整體 ESR 電流檢測精度高於 ±15%，盡管可以通過溫度補償電路實現一定程度的改善。

 

為了方便討論，我們可以假設您正在設計一個提供 35 A 穩態電流的電路。為了避免錯誤觸發瞬態負載，可以將 OCP（過流保護）觸發電流設置為 50 A。假設整體誤差為 15%。這就說，當您認為輸出電流是 50 A 時，它實際上要高出 15% (57.5A)。那麼
，現在您設計的電路必須能夠以無損方式以 57.5 A 的恒流運行，盡管您通常隻使用 35 A。這zhe就jiu是shi大da量liang過guo度du開kai銷xiao
，而er過guo度du設she計ji耗hao費fei的de是shi真zhen實shi的de金jin錢qian。有you一yi個ge選xuan擇ze是shi使shi用yong一yi個ge精jing密mi電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu與yu電dian感gan器qi串chuan聯lian。這zhe會hui提ti高gao精jing度du
，但dan會hui花hua費fei金jin錢qian並bing浪lang費fei功gong率lv——這樣的事情會使設計管理團隊血壓升高。

 

正是由於這些顧慮，如今對電流檢測的關注度才這麼高，並且為提高電流檢測電路的精度度作出了很大的努力。

 

現在，在進行了這麼多的武斷討論後，抱歉
，我可以用含鉛水晶玻璃杯小酌一杯令人神清氣爽的單麥芽威士忌了。不摻水的。