【導讀】在所有描述世界日益電氣化的流行語中，有一個詞十分亮眼：電流檢測。如果電流檢測技術不可靠、不準確且難以用於設計，那麼在太陽能電池陣列、電動汽車 (EV) 充電站或機器人領域令人耳熟能詳的創新幾乎都不可能實現。

在所有描述世界日益電氣化的流行語中
，有一個詞十分亮眼：電流檢測。如果電流檢測技術不可靠、不準確且難以用於設計，那麼在太陽能電池陣列
、電動汽車 (EV) 充電站或機器人領域令人耳熟能詳的創新幾乎都不可能實現。

本文將介紹隨著電氣化應用發展而出現的四大設計趨勢
，以及用於提高係統電壓
、增強係統保護、shixianyaocejiancehesuojianwaixingchicundedianliujiancejishu。zongdelaishuo
，dianliuchuanganqijiancedianqixitongzhongdeyixiangzhongyaocanshu，jidianliu
，zhenenggoushixitongzaianquanfanweineijinkenenggaoxiaodiyunxing。

通過電流檢測支持更高的係統電壓

隨(sui)著(zhe)對(dui)效(xiao)率(lv)的(de)要(yao)求(qiu)愈(yu)加(jia)嚴(yan)格(ge)，係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)也(ye)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)，從(cong)而(er)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。根(gen)據(ju)歐(ou)姆(mu)定(ding)律(lv)，在(zai)較(jiao)高(gao)的(de)係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)下(xia)
，可(ke)通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)負(fu)載(zai)的(de)電(dian)流(liu)來(lai)得(de)到(dao)等(deng)量(liang)的(de)功(gong)率(lv)，這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)少(shao)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de) I2R 損耗。電壓愈高，係統可以愈發高效地傳輸大功率
，原因是電流範圍更小
，交流/直流或直流/直流功率變換器等級產生的熱量更少。

圖 1 所示的電動汽車充電器正在將電源從電網中斷開
，其電壓電平可能為 120VAC
、240VAC、230VAC（單相）或 400VAC（三相）。典型的電動汽車充電器將電網的交流電輸送到電動汽車車載充電器，後者將交流電轉換為直流電，並為電池充電。

在直流快速充電器中，交流電從電網傳輸至電動汽車充電器，在充電器內從交流轉換為直流
，並向電池提供高達 920VDC 電壓，從而加快充電速度。提升到更高的電壓電平，並保持相似的電流電平，可以向電池直接傳輸更多功率，從而更快

、更高效地充電。

圖 1：電動汽車充電器

電dian流liu傳chuan感gan器qi有you助zhu於yu提ti高gao電dian動dong汽qi車che充chong電dian器qi的de係xi統tong效xiao率lv，並bing可ke在zai整zheng個ge係xi統tong的de多duo個ge位wei置zhi使shi用yong。這zhe些xie傳chuan感gan器qi可ke用yong於yu交jiao流liu線xian路lu輸shu入ru來lai監jian測ce電dian流liu，從cong而er調tiao節jie進jin入ru係xi統tong前qian端duan的de無wu功gong功gong率lv。另ling一yi方fang麵mian
，在zai係xi統tong功gong率lv因yin數shu控kong製zhi環huan路lu和he第di二er直zhi流liu/直流級後的正節點或負節點上
，此配置可用於監測故障。

還可以在第一直流/直流級和第二直流/直流級之間的某個位置，使用差分放大器的電流檢測實現磁通平衡。此外
，有必要使用 AMCS1100 或 TMCS1100 等隔離式電流傳感器，為係統和操作電動汽車充電器的人員提供保護。

增強係統保護

dianqihuahaitigaoleduixitongbaohudexuqiu，congerquebaoxitongduianquangongzuoquwaideshijianzuochuxunsuxiangying
，bimiansunhuaibandaotiheqitaminganqijian。zaidaduoshuxitongzhong，mouzhongxingshidexitongbaohukequebaoxitonganyuqiyunxing。liru，ruguotu 2 所示的機器人拾取了一個異常沉重的物品，則電機會出現明顯的電流尖峰。

圖 2：工業機器人

電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)可(ke)能(neng)意(yi)味(wei)著(zhe)負(fu)載(zai)超(chao)出(chu)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)能(neng)力(li)範(fan)圍(wei)，可(ke)能(neng)會(hui)損(sun)壞(huai)係(xi)統(tong)或(huo)物(wu)理(li)機(ji)械(xie)臂(bi)內(nei)的(de)器(qi)件(jian)。具(ju)有(you)集(ji)成(cheng)式(shi)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)器(qi)件(jian)會(hui)檢(jian)測(ce)到(dao)可(ke)能(neng)超(chao)出(chu)係(xi)統(tong)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)區(qu)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)湧(yong)入(ru)電(dian)機(ji)。具(ju)有(you)集(ji)成(cheng)式(shi)過(guo)流(liu)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de) INA301 可做出快速響應（低於 1µS）並設置警報，這可能導致係統停機。這與負載點測量類似，其中基於分流器的傳感器（如 INA228 和 INA226 超精密雙向電流檢測放大器）可以監測通過特定節點的電流和電壓電平，從而確保節點保持在其安全工作區內。

實現遙測監測

隨著應用的電氣化程度提高
，對監控的要求也更為嚴格
，以便跟蹤能耗等級和改善預測性維護。

為預測性維護進行監測或遙測監測的一個示例是
，對機架式服務器係統中冷卻風扇的電流和電壓電平進行數據記錄。INA232 dengqijianyongyuduifengshandegonghaojinxingshujujilu。tongguoshujujilu

，xitongnenggouxiangjishurenyuanfachujingbao，zhishifengshankenengyunxingbuwendinghuoshiyongshoumingjijiangjieshu。

數字功率監測器是適合此類用例的一種器件，因為它同時接收總線電壓和電流信息。數字功率監測器 IC 通過板載運算來計算功率、電荷和能量，並通過 I2C 或串行外設接口傳輸這些信息（以及總線電壓和電流數據）。片上運算可以減少 CPU 或微控製器上的進程，因此處理資源可用於更有效地處理其他任務。這點對於具有任務密集型 CPU 或微處理器的係統尤為重要。

縮減外形尺寸

隨(sui)著(zhe)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)包(bao)括(kuo)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，或(huo)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)空(kong)間(jian)中(zhong)
，人(ren)們(men)更(geng)需(xu)要(yao)縮(suo)減(jian)元(yuan)件(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)或(huo)增(zeng)加(jia)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)的(de)功(gong)能(neng)數(shu)量(liang)
，從(cong)而(er)幫(bang)助(zhu)減(jian)小(xiao)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)麵(mian)積(ji)。許(xu)多(duo)係(xi)統(tong)（如智能手機和機器人係統）都受到尺寸限製，需要不斷縮小尺寸和增加功能數量。

較jiao小xiao的de電dian流liu檢jian測ce器qi件jian可ke讓rang設she計ji人ren員yuan加jia強qiang對dui整zheng個ge係xi統tong的de監jian測ce

，或huo減jian小xiao係xi統tong的de整zheng體ti尺chi寸cun。這zhe兩liang種zhong情qing況kuang都dou具ju有you一yi定ding優you勢shi
，具ju體ti取qu決jue於yu整zheng體ti係xi統tong參can數shu。減jian小xiao集ji成cheng電dian路lu (IC) 的尺寸或增加每個單元的功能數量都會增加功能密度，從而實現強大的個人電子產品、車載充電器和小型協作機器人電機驅動係統。

利用超小型 IC 或功能豐富的芯片可為實現更小的係統奠定基礎。例如，Wafer-Chip Scale Package (WCSP) 等芯片封裝選項或具有集成式分流器的 INA253 支持設計人員在不影響性能或功能的情況下縮減其係統的尺寸。

結語

通過更好地了解上述趨勢以及有助於實現這些趨勢的 IC，您可以應對特定的高壓設計挑戰，並通過監測電流測量值來確保係統在安全工作區內運行，從而實現可靠性和安全性。

其他資源

閱讀應用手冊“直流電動汽車充電應用中的電流檢測設計注意事項”

，了解有關電流檢測設計的更多信息。

閱讀應用簡報“協作式和工業機械臂中的電流檢測”。

閱讀模擬設計期刊文章“係統遙測：定義、作用和應用”

關於德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，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、通tong信xin設she備bei和he企qi業ye係xi統tong等deng市shi場chang。我wo們men致zhi力li於yu通tong過guo半ban導dao體ti技ji術shu讓rang電dian子zi產chan品pin更geng經jing濟ji實shi用yong，創chuang造zao一yi個ge更geng美mei好hao的de世shi界jie。如ru今jin，每mei一yi代dai創chuang新xin都dou建jian立li在zai上shang一yi代dai創chuang新xin的de基ji礎chu之zhi上shang
，使shi我wo們men的de技ji術shu變bian得de更geng小xiao巧qiao、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。

（來源： 德州儀器）

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