一個(gè)高端電流檢測方案

隨著(zhù)過(guò)去傳統的“開(kāi)環(huán)”系統被智能和高效率“閉環(huán)”設計所取代，準確的電流檢測在多種應用中變得越來(lái)越重要。常見(jiàn)的電流檢測方法，需要將檢流電阻串聯(lián)進(jìn)被測電流通路，再用放大電路放大檢流電阻上的壓降。這個(gè)放大電路常被稱(chēng)之為電流檢測放大器，其越來(lái)越被廣泛地運用于汽車(chē)、通信、消費電子等領(lǐng)域。

分立方案

集成方案

對于電流檢測放大器電路設計

目前主要可以分為

分立方案以及集成方案

下面小編

主要為大家梳理比較一下

分立及集成方案的特點(diǎn)

基礎知識

01

分立運放搭建的差分放大器方案

這是一個(gè)分立運放搭建的差分放大器（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為分立方案）

增益

當滿(mǎn)足

02

集成的電流檢測放大器方案

另一種選擇是集成的電流檢測放大器（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為集成方案）

可見(jiàn)，分立方案和集成方案都可以實(shí)現電流檢測。但在一些高精度的場(chǎng)合，我們建議使用集成的電流檢測放大器，因為常規的分立方案需要格外注意電阻的匹配性。

方案對比

01

電阻失配引起的誤差

如前述，分立方案要求

但現實(shí)中，電阻的失配不可避免。我們假設實(shí)際的電阻存在失配度ε，且滿(mǎn)足

從而可得：

顯然，輸出電壓里疊加了額外的誤差。

為了更直觀(guān)地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們用一款高性能運放實(shí)際搭建了一個(gè)差分放大器，分別使用了4個(gè)隨機挑選的0.1%電阻和精心選擇的0.1%電阻。下圖是這個(gè)放大器使用10mΩ的檢流電阻檢測1A電流時(shí)，在不同總線(xiàn)下的電壓輸出情況。

*分立方案與集成方案在不同總線(xiàn)電壓下的誤差

可見(jiàn)，隨機挑選的0.1%電阻，實(shí)際ε=0.041%，在12V總線(xiàn)上產(chǎn)生了近0.4%的誤差。

為了提升精度，精心挑選電阻實(shí)現ε=0.0048%，總線(xiàn)12V時(shí)誤差僅有0.05%，能夠滿(mǎn)足絕大部分運用場(chǎng)合。而一款高性能的集成電流檢測放大器通?？梢詫?shí)現相近甚至更高的精度。

02

溫度變化引起的誤差

另一方面，如果產(chǎn)品的使用環(huán)境有較大溫度變化，分立方案還需要考慮電阻溫漂帶來(lái)的誤差。

我們對上述ε=0.0048%的電路進(jìn)行溫度性能的測試，實(shí)際使用的電阻擁有25ppm溫度系數。

從下圖可以看到，分立方案的整體溫漂為36.24ppm/℃，在全溫度范圍內誤差的變動(dòng)將近0.6%。與之相對應的，高性能的集成電流檢測放大器往往能實(shí)現更小的溫漂。

*分立方案與集成方案在不同總線(xiàn)電壓下的誤差

可以預見(jiàn)，如果使用精度更高、溫度特性更好的電阻，分立方案可以實(shí)現優(yōu)于集成方案的性能，但也會(huì )極大地提升物料成本。

03

PCB設計

下圖是使用SOT23-5小封裝運放和4個(gè)0603封裝的電阻實(shí)現的分立方案PCB，而集成方案面積只有分立方案的10%，并且布線(xiàn)更加便捷。

*分立方案PCB

*集成方案PCB

綜上所述，分立方案擁有較高的自由度，客戶(hù)可以根據實(shí)際運用場(chǎng)合（如共模范圍、增益、功耗、帶寬等）進(jìn)行定制設計，以實(shí)現最低的成本或最好的性能。但這對設計工程師提出了較高的要求，并且需要極端地提升成本來(lái)滿(mǎn)足性能的實(shí)現。

集成方案在合理的價(jià)格下實(shí)現了優(yōu)秀的性能，能滿(mǎn)足大部分情況下的電流精確檢測，實(shí)現了成本和性能的最優(yōu)折中。并且體積小，使用方便，可以最大程度地加速產(chǎn)品設計。