硬件工程師要掌握的兩種基本電流檢測電路

前言

使用電流檢測電阻采樣電流，是測量電流的首選技術(shù)。為了不對電流產(chǎn)生不利影響，它們具有較小的阻值，從而在它們之間產(chǎn)生成比例的小電壓。利用放大這種小電壓的電路，通過(guò)模數轉換器 (ADC) 進(jìn)行轉換。分流電阻器兩端的小電壓通常從幾十或幾百毫伏放大到十分之一伏或幾伏。運算放大器將分流電阻器上產(chǎn)生的小差分電壓轉換為 ADC 可用的電壓。

測量電流的最簡(jiǎn)單方法是使用分流電阻器（最左側），通過(guò)該電阻器產(chǎn)生的電壓與流過(guò)它的電流成正比。運放會(huì )放大分流電阻器上的低電壓，以便使采集到的電壓在 ADC 的整個(gè)測量范圍。電流檢測電路一般有兩種拓撲，分別是高側法和低側法。

電流檢測電阻采樣電流

低側法

低側電流測量將電流分流電阻置于負載和地之間。

低側法

低側電流測量易于實(shí)施，因為電流分流電阻器上的檢測電壓以地為參考。在這種配置中，檢測電壓不會(huì )依賴(lài)于更高的電壓，因此不需要共模抑制。低邊測量方法是最簡(jiǎn)單、成本最低的方法。低壓側電流測量的缺點(diǎn)是由于放置了分流電阻器，負載不再以地為參考，導致負載的低壓側比地高幾毫伏。如果負載和地之間存在短路，則沒(méi)有接地參考可能會(huì )成為問(wèn)題。例如，如果金屬封閉負載（例如電機）的繞組對其接地參考情況下短路，則可能發(fā)生這種短路。電流檢測電阻可能無(wú)法檢測到這種短路。

高側法

高壓側電流測量在電源和有源負載之間插入分流電阻器：

高側法

與低側測量相比，高側電流測量有兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢。首先，很容易檢測到源自負載內部對地的短路，因為由此產(chǎn)生的短路電流將流過(guò)分流電阻器，在其兩端產(chǎn)生電壓。其次，這種測量技術(shù)不是以地為參考的，因此流經(jīng)地平面的高電流產(chǎn)生的差分地電壓不會(huì )影響測量。

高側電流測量技術(shù)有一個(gè)主要缺點(diǎn)。它要求電流檢測放大器具有高共模抑制，因為在分流器兩端產(chǎn)生的小電壓剛好低于負載電源電壓。

匯總

電流檢測放大器將分流電阻器上產(chǎn)生的低電壓轉換為與 ADC 轉換更兼容的更大電壓。有兩種可能的電流檢測測量類(lèi)型：低側和高側。低邊測量在負載和地之間插入電流檢測電阻，而高邊測量在電源和負載之間插入電流檢測電阻。低側和高側測量配置各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此選擇需要針對給定應用進(jìn)行一些思考和考慮。