中心議題：

• 探究車載應用中的電流檢測技術

解決方案：

• 電路必須配置為衰減器
• 采用高共模電壓差動放大器要增加電阻網絡

要求電流檢測的車載應用

車載應用中的電流檢測包括控製通過螺線管和噴射器的電流。例如，在柴油噴射時，我們用 48V 或更高的電壓迅速地將感應噴射器的電流提高到 20 安培。一旦達到 20A，電流檢測電路就會向控製電路提供反饋信號，以保持噴射器電流為 20A 不變。

電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)通(tong)常(chang)可(ke)增(zeng)強(qiang)重(zhong)要(yao)的(de)性(xing)能(neng)或(huo)特(te)性(xing)。電(dian)動(dong)車(che)窗(chuang)係(xi)統(tong)是(shi)展(zhan)示(shi)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)優(you)勢(shi)的(de)一(yi)個(ge)很(hen)好(hao)的(de)例(li)子(zi)。由(you)於(yu)馬(ma)達(da)扭(niu)矩(ju)與(yu)電(dian)流(liu)成(cheng)正(zheng)比(bi)，因(yin)此(ci)馬(ma)達(da)在(zai)扭(niu)矩(ju)過(guo)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)就(jiu)會(hui)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)，比(bi)方(fang)說(shuo)人(ren)的(de)胳(ge)膊(bo)卡(ka)在(zai)電(dian)動(dong)車(che)窗(chuang)上(shang)，或(huo)者(zhe)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)，馬(ma)達(da)都(dou)會(hui)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)。

電流檢測的方法

負載或電源的低壓側或高壓側都可進行電流檢測。共模電壓是指分路 (shunt) 上的電壓（不是分路上的差分電壓），在低壓側檢測為零伏。低壓側檢測最簡單，可采用最基本的放大器電路。低壓側檢測的難點在於：低壓側檢測會影響係統的接地端
，可能還需要增加更多的線路，而且這種作法通常不利於故障診斷。

圖 1 中的高壓側分路放大器可檢測很高的電源電壓上極低的差分電壓(通常為 100mV 或更低)，通常在車載應用中為 13.8V。不過，如果為無限製的 (unconditioned) 電池線路
，那麼會受瞬變影響：如果無意中將電池方向放錯就會出現 –13.5V 的情況，如果出現負載突降或感應反衝
，那麼最大瞬變可達 72V。不妨設想，放大器通常采用 5～12V 的單電源供電（5V 的電源供電日益常見），這就需要放大器的輸入引腳連接到共模電位
，大大超過了放大器電源軌的限製。
老式分路檢測電路基於差動放大器，即周圍帶四個電阻來設置增益並提供差動輸入的運算放大器 (operation amplifier)。這些電阻使運算放大器能接受超過其電源軌的共模電壓。不過
，這也會帶來下麵一些負麵問題：一是電路必須配置為衰減器，在隨後的運算放大器級中恢複增益
，如圖 2A 中的 IC jiegoutusuoshi，yunsuanfangdaqidezengyihuichengbeizengdadiyigefangdaqidepianzhihepiaoyiliang，congerjiangdizhengtixingneng。ershicaiyonggaogongmodianyachadongfangdaqiyaozengjiadianzuwangluo，yishizhizairengranzhitigongdanweizengyidetongshinenggoujieshoujiaogaodegongmodianya。gaogongmochadongfangdaqidailaideyingxiangzaiyu：運算放大器的噪聲增益與共模衰減成正比
，如圖 2B 所示的差動放大器結構采用了 20:1 的內部共模衰減
，此舉使放大器的偏置、漂移和噪聲都比運算放大器本身擴大了 20 倍。此外，較大的輸入電阻也會造成較高的噪聲。 [page]
電流分路.是專門用於分路電流檢測的高共模電壓差動放大器
，能夠解決電阻型差動放大器的局限性。電流分路.與差動放大器相比的主要區別在於：其共模電壓功能通常隻擴展到正電壓，而一些電流分路.允許共模接地。這會造成更多的衍生情況，我們隨後還要談到。共模電壓功能也允許擴展到負電壓。電流分路.從一開始設計時就是以單電源電壓工作的，通常最低電壓可達 2.7V。圖 3 顯示了兩類電流分路.，分為電流輸出型分路.和電壓輸出型分路.。電流輸出型分路.通常靜態電流較低
，需要外部輸出電阻，從而使終端用戶能夠設定增益。電壓輸出器件采用固定增益且不需要其他組件。
車載應用的一般性技術要求

車載電流檢測分為兩大類型：一類是直接連接到電池，另一類是通過限製瞬態偏移的保護電路連接。

上述情況會影響電流分路.上共模電壓額定值的要求。車載的 12V 電子係統最高電壓為 14.4V，但電池總線器件上的瞬態電壓最高可達 75V，甚至會發生電池換極。

我們還要考慮到另一種共模情況：電(dian)源(yuan)線(xian)路(lu)的(de)分(fen)路(lu)開(kai)啟(qi)，且(qie)接(jie)地(di)短(duan)路(lu)的(de)情(qing)況(kuang)。這(zhe)時(shi)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)為(wei)零(ling)。電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)時(shi)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)
，放(fang)大(da)器(qi)在(zai)零(ling)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)時(shi)也(ye)要(yao)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

最後，我們不妨考慮一下如圖 4 所示的脈衝寬度調製 (PWM) 螺(luo)線(xian)管(guan)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)本(ben)例(li)中(zhong)
，螺(luo)線(xian)管(guan)頂(ding)部(bu)開(kai)啟(qi)時(shi)達(da)到(dao)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)。開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)時(shi)
，電(dian)壓(ya)將(jiang)回(hui)到(dao)二(er)極(ji)管(guan)電(dian)壓(ya)降(jiang)大(da)小(xiao)的(de)負(fu)電(dian)平(ping)上(shang)。這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)電(dian)流(liu)分(fen)路(lu).在低至 –2V 的共模電壓下仍能工作。
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在許多應用中，電流應與某個設定值相比較。通常說來，進行電流比較還需要電流分路.、比較器和參考電壓。此外，理想的比較器輸出應與大多數常見的邏輯電路很好地兼容。圖 5 給出了電流比較的例子。在本例中
，將電流與采用 TI INA200 係列電流分路.和比較器的簡單單電壓結點進行了比較。R1 和 R2 形成分壓器
，以根據 INA200 係列比較器的內置 0.6V 電壓結點來設置電壓結點。（INA200 係列的增益很有特點：INA200 的增益為 20，INA201 的增益為 50，INA202的增益為 100。）
某(mou)些(xie)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)不(bu)止(zhi)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)電(dian)平(ping)。舉(ju)例(li)來(lai)說(shuo)，係(xi)統(tong)以(yi)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)作(zuo)為(wei)故(gu)障(zhang)即(ji)將(jiang)發(fa)生(sheng)的(de)指(zhi)示(shi)器(qi)
，而(er)以(yi)較(jiao)高(gao)限(xian)製(zhi)作(zuo)為(wei)關(guan)閉(bi)係(xi)統(tong)的(de)標(biao)誌(zhi)。INA206-INA208 係列電流分路.采用兩個比較器來實現上述功能。某些係統會對較低限製采用延遲輸出
，以避免超出最低限製後引起不必要地觸發瞬態偏移。圖 6 中的電路將 INA206 電流分路.部分的輸出反饋給兩個比較器，這會生成一個有效的低輸出警報，並為關閉 MOSFET 緩衝路徑提供適當極性。

圖 6 顯(xian)示(shi)了(le)電(dian)流(liu)與(yu)兩(liang)個(ge)電(dian)壓(ya)結(jie)點(dian)比(bi)較(jiao)的(de)電(dian)路(lu)。較(jiao)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)結(jie)點(dian)激(ji)活(huo)警(jing)報(bao)輸(shu)出(chu)，我(wo)們(men)可(ke)為(wei)其(qi)配(pei)置(zhi)一(yi)個(ge)適(shi)當(dang)的(de)延(yan)遲(chi)電(dian)路(lu)，以(yi)避(bi)免(mian)錯(cuo)誤(wu)的(de)瞬(shun)態(tai)觸(chu)發(fa)。較(jiao)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)結(jie)點(dian)在(zai)比(bi)較(jiao)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)內(nei)置(zhi)閾(yu)值(zhi)為(wei) 0.6V。Q1 為較高電壓結點輸出提供緩衝，通過電源開關 MOSFET 關閉電源
，如果電流超過上限則啟用 Q2。較高電壓結點采用 INA206 的 1.2V 參考電壓
，INA206 具有避免在沒有鎖存功能的電壓結點發生振蕩的鎖存功能。 圖 6 在該雙電平電流比較電路中
，低電平延遲輸出可對即將發生的過載發出警報
，支持鎖存功能的上限可將負載電源關閉。