【導讀】suizhedianlidianzikaiguanjishudebuduanjinbu，jingqueceliangdianliuyiyongyufankuikongzhihexitongjiancedexuqiuyuelaiyuegao。jingqueceliangdianliudefangfayouduozhong，meizhongfangfadouyouqiyoudianhejuxianxing。benwenzhongdianjieshaoxuyaojiaogaojingduyudaikuandedianliuceliangfangfa
，zhexiefangfakeyongyuceliangzhurujisuanji/電信板輸入電流、逆變器相電流和其他承載電流從幾安培到100A的電路電流。

lingwai，duiyuruheshiyonghuoerxiaoyingdianliuchuanganqiceliangdianliu，yijiruheshiyongjichengdianliujingdefuzaikaiguanhuodianrongsidianlu
，benwenyejianggeichujutixijie。tongshi

，womenjiangbijiaozhexiefangfayushiyongfenliudianzudedianliucaiyangjiagou。

背景知識

分(fen)流(liu)器(qi)和(he)電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)一(yi)直(zhi)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)在(zai)電(dian)氣(qi)和(he)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)，但(dan)這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)卻(que)有(you)著(zhe)明(ming)顯(xian)的(de)缺(que)點(dian)。分(fen)流(liu)器(qi)需(xu)要(yao)在(zai)信(xin)噪(zao)比(bi)和(he)采(cai)樣(yang)元(yuan)件(jian)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)權(quan)衡(heng)
，這(zhe)種(zhong)權(quan)衡(heng)讓(rang)它(ta)很(hen)難(nan)在(zai)寬(kuan)電(dian)流(liu)範(fan)圍(wei)內(nei)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)；而電流互感器則通常導致昂貴的大型解決方案，並且僅適用於測量交流電流。

電流測量方法

半ban導dao體ti技ji術shu的de進jin步bu將jiang霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi和he電dian流liu鏡jing引yin入ru了le電dian子zi電dian路lu的de設she計ji。這zhe兩liang種zhong器qi件jian幾ji乎hu就jiu是shi無wu損sun電dian流liu采cai樣yang設she備bei，其qi輸shu出chu易yi於yu縮suo放fang
，可ke以yi獲huo得de最zui佳jia信xin噪zao比bi。本ben文wen將jiang重zhong點dian介jie紹shao采cai用yong這zhe兩liang種zhong器qi件jian的de電dian流liu測ce量liang解jie決jue方fang案an。

電流鏡采樣方法

電流鏡電流采樣通常用於具有內部功率MOSFET的設備，例如智能功率級、負載開關和電熔絲。它采用幾個功率FET單元作為電流鏡，並產生與流過主開關的電流成正比的電流輸出。

當這些電流流經外部電阻器時，很容易產生與流經主FET的電流成正比的電壓。這種測量方法非常適合半橋功率級設備，因為它們提供10A至90A的寬電流能力
，並提供具有5μA/A至10μA/A增益的電流鏡輸出。這種功率級對采用單相或多相配置的同步降壓穩壓器應用尤其有用。

對於其他應用，采用負載開關或電熔絲（e-fuse）電路可以保護下遊電子設備免受浪湧電流或過載情況的影響。這類電路通常采用功率MOSFET作為開關元件，而監測流過這些設備的電流
，電流鏡是一種高性價比方式。例如，MPS的MP5921即為一款尖端的熱插拔電熔絲器件，它可以提供多個級別的保護功能，以及電流和溫度監測功能（見圖 1）。

圖1: MP5921功能框圖

MP5921在獨立工作模式下可以支持高達50A的持續電流

，在多個器件並聯配置時可以支持更高的電流（見圖 2）。

圖2：MP5921並聯工作模式

MP5921器件可以與MP5920配合使用（見圖 3）。通過MP5920，電流信號可以轉換為數字形式，並通過I2C進行監測。

圖3:與MP5920配合的MP5921並聯工作模式

這些解決方案非常適合在計算和服務器主板上采用DC/DC變換器的應用。而諸如具有電機驅動器和AC/DC電路的其他應用
，則得益於電流采樣器件，用以生成與電機驅動器或電源逆變器上的交流電流一致的雙向信號。

霍爾效應電流采樣方法

這些應用中存在的高電壓可能會對周圍的邏輯電平電路造成威脅。而霍爾電流傳感器則可以在高電壓、大電流電路和用於控製器件的邏輯電平電路之間提供電流隔離。它感應每個電流產生的磁場，然後輸出與電流成正比的電壓。

MPS的MCS180x係列電流傳感器提供高精度霍爾效應電流采樣
，並提供高達2200V的隔離電壓，其工作電壓也高達280V
，可用於電流高達50A的應用。逆變器是霍爾效應電流傳感器的一種常見應用。本文側重於介紹三相逆變器
，因為它們在電力電子設備（例如 UPS、電機驅動器和太陽能應用）中無處不在，而且，通過移除三相逆變器中其中的一相，可以將它輕鬆推廣到離線應用中。通常，傳感器用於將相電流反饋給控製器（見圖 4）。在圖4中，高壓側標記為紅色
，而邏輯電壓標為綠色。隔離是通過原邊（載流引線）與副邊（輸出引線）之間的電流分離來實現的。

圖4: 具備隔離相電流采樣功能的典型三相逆變器係統

圖5顯示了MCS180x 係xi列lie電dian流liu傳chuan感gan器qi的de引yin線xian框kuang架jia及ji芯xin片pian。圖tu中zhong，原yuan邊bian表biao示shi為wei銅tong色se，電dian流liu則ze由you紅hong色se箭jian頭tou線xian表biao示shi。注zhu意yi
，在zai實shi際ji應ying用yong中zhong
，電dian流liu可ke以yi向xiang任ren一yi方fang向xiang流liu動dong。根gen據ju安an培pei定ding律lv，電dian流liu的de流liu動dong會hui產chan生sheng磁ci場chang（藍色區域）

，而場強與電流密度成正比。

另外還需注意，原邊並沒有接觸矽芯片（黑色區域）

，ershitongguoqixiheyanghuaguijueyuancengfengekailai。cichangdefangxiangheqiangduyouguixinpianzhongdehuoerchuanganqijiance，ranhougaixinhaobeifangdabingshuchudaofubiandeqizhongyigeyinjiao（銀色區域）。其他副邊引腳包括VCC、GND和濾波器引腳。濾波器引腳用於在帶寬和信號噪聲之間進行權衡。

圖5: MCS180x霍爾效應電流傳感器的引線框架及芯片

MCS180x 係列傳感器具有比率輸出。這意味著它以VCC/2為中心
，當流過正電流時
，輸出電壓與電流成正比，從VCC / 2升至VCC；當負電流流過時，輸出從VCC / 2降至0V（見圖 6）。在該產品係列中
，IPMAX 由器件編號的後綴表示（例如 MCS1802-10的IPMAX 為10A）。設計人員可以根據該信息為其應用選擇合適的電流範圍。目前可用的IPMAX選擇有5A、10A、20A、30A
、40A和50A。

圖 6：霍爾效應電流傳感器的比率輸出

結論

本ben文wen重zhong點dian介jie紹shao了le精jing確que測ce量liang電dian流liu的de可ke用yong方fang法fa，並bing闡chan明ming了le如ru何he為wei應ying用yong選xuan擇ze最zui佳jia的de電dian流liu采cai樣yang方fang案an。在zai設she計ji早zao期qi考kao慮lv選xuan擇ze合he適shi的de技ji術shu十shi分fen重zhong要yao，而er且qie，還hai需xu要yao注zhu意yi每mei種zhong解jie決jue方fang案an的de細xi節jie，例li如ru電dian源yuan要yao求qiu以yi及ji可ke實shi現xian的de輸shu出chu信xin號hao範fan圍wei，從cong而er創chuang建jian盡jin可ke能neng高gao效xiao的de解jie決jue方fang案an。MPS的MCS180x 提供了一種小體積
、精確的隔離型電流檢測方案，可以助力設計人員提高係統級性能
，同時幫助降低係統功耗與複雜性。

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