【導讀】隨(sui)著(zhe)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu)日(ri)益(yi)受(shou)到(dao)重(zhong)視(shi)，改(gai)進(jin)係(xi)統(tong)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)勢(shi)在(zai)必(bi)行(xing)。其(qi)中(zhong)，電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)便(bian)是(shi)診(zhen)斷(duan)評(ping)估(gu)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)內(nei)容(rong)。要(yao)確(que)定(ding)設(she)計(ji)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)，務(wu)必(bi)要(yao)了(le)解(jie)誤(wu)差(cha)源(yuan)。

正如之前在信號鏈基礎知識 #141中zhong所suo述shu
，了le解jie如ru何he解jie讀du數shu據ju表biao對dui於yu計ji算suan高gao側ce電dian流liu測ce量liang的de精jing度du非fei常chang重zhong要yao。此ci外wai
，了le解jie外wai部bu元yuan件jian的de影ying響xiang對dui於yu獲huo得de正zheng確que的de電dian流liu測ce量liang結jie果guo也ye至zhi關guan重zhong要yao。

高側電流檢測實現

在高側配置中，有兩種常用的電流測量方法：

●     使用差分運算放大器，如圖1所示。

圖1 用於高側電流測量的運算放大器電路

使用電流檢測放大器
，如圖2所示。

圖2 用於高側電流測量的電流檢測放大器電路

zheliangzhongfangfajuyouyixiegenbendequbie，zhuyaotixianzaidianliujiancefangdaqijichenglezengyidianzuqiwangluo，eryunsuanfangdaqizeshiyongwaibufenlishidianzuqizuoweiqizengyiwangluo。wulunninshiyongnazhongfangan，jibenxitongchuandihanshudoushiyong

，rugongshi1所示：

   公式1

其中

●     y是輸出電壓 (V_OUT)。

●     m 是係統增益，對於此係統為R_SHUNT×G。G是為大多數電流檢測放大器預定義的
，而對於運算放大器，則為R_F/R_I。

●     x是輸入電流(I)。

●     b 是係統的失調電壓。如果係統測量雙向電流，當輸入電流為零時，b 是輸出電壓。如果單向測量，b 在0A下的理想電壓為0V，但它可能會受到放大器輸出擺幅規格的限製。對於運算放大器和電流檢測放大器，V_OFFSET 通常是以輸入為參考規格。因此，b 實際上還需要考慮係統的增益。

電流測量的傳遞方程可改寫為公式2：

   公式2

基於此基本傳遞函數，有兩種誤差類型：增益和失調電壓。

增益誤差

係統增益誤差有兩個主要來源：fenliudianzuqihefangdaqizengyi。fenliudianzuqiwuchaduiyuyunsuanfangdaqihuodianliujiancefangdaqishichangjiande，tongguozhakandianzuqiguigebiaohenrongyiqueding
，erfangdaqidezengyiwuchazequjueyuxuanzedefangdaqifangan。

對於差分運算放大器方案，如前所述，增益是兩個電阻器的比率，即R_F/R_I。要計算誤差
，需查看電阻器的數據表。典型分立增益網絡電阻器的容差為0.5%、100ppm/°C。要計算此比率的最大誤差
，需假設一個電阻處於最大值
，而另一個電阻處於最小值。這會在室溫下產生1%的誤差
，並且由於假設會發生反向漂移，因此在125°C下為3%。

對於電流檢測放大器，增益誤差通常列在數據表中。圖3 顯示了德州儀器(TI)INA186-Q1的增益誤差。可以看到，室溫下的增益誤差為1.0%。溫漂為10ppm/°C時，125°C下的增益誤差為1.1%。

圖3 INA186-Q1增益誤差和增益誤差漂移規格數據表

這是TI電流檢測放大器的一個主要優勢：jingdupipeidejichengzengyiwangluokegengdaxiandudijianshaowenpiaoxiaoying。duiyuyunsuanfangdaqidianlu，ninkeyishiyongjingdupipeidedianzuqiwangluo
，dantamenhuixianzhutigaofanganchengben。

偏移誤差

如上所述
，輸出失調電壓必須包括增益。由於失調電壓通常指定為以輸入為參考
，因此公式3按如下所示計算失調電壓誤差：

   公式3

從公式3中可以看出，當V_SHUNT (IxR_SHUNT) 接近失調電壓值時，失調電壓誤差很重要，並且隨著電流變為0，失調電壓誤差將接近無窮大。相反，如果V_SHUNT >>V_{TOTAL OFFSET}

，那麼此誤差項將接近0。

總輸入參考失調電壓具有三個主要組成部分：

放大器V_OFFSET 規格和漂移。

共模抑製比(CMRR)。

電源抑製比(PSRR)。

由於放大器的VOFFSET 通常在固定共模電壓和電源電壓下指定
，因此CMRR和PSRR也是造成失調電壓誤差的因素。圖4 顯示了INA186-Q1的固定值
，圖5顯示了常用運算放大器TI TLV2186的固定值。

圖4 INA186-Q1在固定共模電壓和電源電壓規格下的CMRR和PSRR數據表

圖5 TLV2186在固定共模電壓和電源電壓規格下的CMRR和PSRR數據表

正如信號鏈基礎知識 #141 中所述
，數據表中電流檢測放大器的V_OFFSET 指定方式與運算放大器不同。具體而言，電流檢測放大器失調電壓包括集成電阻器網絡的影響，而運算放大器V_OFFSET 僅適用於器件。運算放大器方案中的總失調電壓需要將外部電阻器的影響考慮在內。

由you於yu電dian流liu從cong共gong模mo電dian壓ya流liu經jing外wai部bu電dian阻zu器qi

，因yin此ci可ke將jiang外wai部bu電dian阻zu器qi視shi為wei導dao致zhi共gong模mo抑yi製zhi誤wu差cha的de原yuan因yin。假jia設she所suo有you四si個ge增zeng益yi電dian阻zu器qi具ju有you相xiang同tong的de容rong差cha，根gen據ju公gong式shi4
，電路的增益和電阻器的容差將確定“電阻器CMRR”：

   公式4

圖6 所示為不同增益和電阻器容差下計算出的電阻器CMRR（以分貝為單位）
，您可從中看到不同增益和電阻器容差所產生的影響。

圖6 在三種不同增益配置

、不同電阻容差下計算出的CMRR值

對於電流檢測放大器，隻需將CMRR和PSRR的影響添加到器件的失調電壓規格中，即可計算出總輸入失調電壓。通常會在整個溫度範圍內指定CMRR和PSRR；因此，任何漂移影響都已考慮在內。但是，計算不同溫度下的誤差時必須考慮溫漂。

總誤差

理li論lun上shang，最zui壞huai情qing況kuang下xia的de總zong誤wu差cha隻zhi是shi各ge個ge誤wu差cha項xiang的de總zong和he。從cong統tong計ji學xue角jiao度du講jiang，所suo有you誤wu差cha同tong時shi發fa生sheng的de這zhe種zhong情qing況kuang不bu太tai可ke能neng發fa生sheng。因yin此ci，使shi用yong平ping方fang和he根gen方fang法fa（公式5）計算一階總誤差：

   公式5

圖7列出了使用INA186-Q1和TLV2186且增益為20時的關鍵性能指標。

圖7 使用INA186-Q1或TLV2186實現高側電流測量應用的關鍵性能指標

圖8展示了兩種方案使用10mΩ
、0.5%、50ppm/°C R_SHUNT 分別在室溫和125°C 時用公式5計算得出的以下誤差曲線。

圖8 高側電流測量方案結合使用INA186-Q1或TLV2186以及10mΩ、0.5%

、50ppm/°C RSHUNT 時的平方和根誤差曲線

從圖7和圖8zhongkeyikanchu，waibuzengyidianzuqishifenlishifangandezhuyaowuchayuan，zaiwendubianhuashiyouweimingxian。xiaozhunkeyigengdaxiandudijiangdishiwenxiadeshitiaodianyawucha，danwenpiaoburongyixiaozhun。

總結

通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)設(she)計(ji)裕(yu)度(du)
，提(ti)高(gao)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)的(de)精(jing)度(du)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)診(zhen)斷(duan)能(neng)力(li)。但(dan)與(yu)任(ren)何(he)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)一(yi)樣(yang)，提(ti)高(gao)精(jing)度(du)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)。通(tong)過(guo)了(le)解(jie)不(bu)同(tong)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)誤(wu)差(cha)源(yuan)及(ji)其(qi)影(ying)響(xiang)，您(nin)能(neng)夠(gou)在(zai)成(cheng)本(ben)和(he)精(jing)度(du)之(zhi)間(jian)做(zuo)出(chu)適(shi)當(dang)的(de)權(quan)衡(heng)。

參考文獻

●     下載 INA186-Q1 數據表。

●     下載 TLV2186數據表。

關於作者

Dan Harmon是TI電流和位置檢測產品線的汽車營銷經理。在他33多年的職業生涯中
，他曾為多種技術和產品提供支持
，包括接口產品、成像模擬前端和電荷耦合器件傳感器。他還擔任過TI USB Implementers Forum代表和TI USB 3.0 Promoter’s Group主席。Dan擁有戴頓大學電氣工程學士學位，以及德克薩斯大學阿靈頓分校電氣工程碩士學位。

關於德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球化的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用於工業、汽車、個人電子產品、tongxinshebeiheqiyexitongdengshichang。womenzhiliyutongguobandaotijishurangdianzichanpingengjingjishiyong，chuangzaoyigegengmeihaodeshijie。rujin
，meiyidaichuangxindoujianlizaishangyidaichuangxindejichuzhishang，shiwomendejishubiandegengxiaoqiao、更快速
、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用
，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 欲了解更多信息，請訪問公司網站www.ti.com.cn。

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