【導讀】低(di)側(ce)檢(jian)測(ce)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)的(de)配(pei)置(zhi)來(lai)放(fang)大(da)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)。例(li)如(ru)，通(tong)用(yong)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)非(fei)反(fan)相(xiang)配(pei)置(zhi)可(ke)以(yi)成(cheng)為(wei)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)在(zai)消(xiao)費(fei)市(shi)場(chang)空(kong)間(jian)競(jing)爭(zheng)的(de)成(cheng)本(ben)敏(min)感(gan)型(xing)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)的(de)有(you)效(xiao)選(xuan)擇(ze)。

在低側電流檢測中使用單端放大器

低(di)側(ce)檢(jian)測(ce)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)的(de)配(pei)置(zhi)來(lai)放(fang)大(da)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)。例(li)如(ru)
，通(tong)用(yong)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)非(fei)反(fan)相(xiang)配(pei)置(zhi)可(ke)以(yi)成(cheng)為(wei)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)在(zai)消(xiao)費(fei)市(shi)場(chang)空(kong)間(jian)競(jing)爭(zheng)的(de)成(cheng)本(ben)敏(min)感(gan)型(xing)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)的(de)有(you)效(xiao)選(xuan)擇(ze)。

基於同相配置的電路圖如圖1所示。

圖1。

然而

，這種低成本解決方案可能會受到多種不同錯誤的影響。為了準確測量電流
，我們需要考慮任何可能影響電路易受影響節點（例如放大器輸入）的非理想效應。我們將在下麵更詳細地討論這個問題。

微量電阻

一個重要的錯誤是與 R shunt串聯的 PCB 跡線的寄生電阻。由於 R shunt在毫歐範圍內具有很小的值，因此與 R shunt串聯的任何寄生電阻都可能導致顯著誤差。通過 R雜散對該寄生電阻建模，我們得到圖 2中的原理圖。

圖 2。

根據應用，I負載可高達數百安培。因此，即使是較小的 R stray值也會產生相當大的誤差電壓 V error。該誤差電壓將被放大器的增益放大並出現在輸出端。

由於銅電阻的溫度係數相當高（約 0.4%/°C），R 的(de)值(zhi)會(hui)發(fa)生(sheng)雜(za)散(san)，因(yin)此(ci)誤(wu)差(cha)電(dian)壓(ya)會(hui)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)。因(yin)此(ci)，雜(za)散(san)電(dian)阻(zu)會(hui)在(zai)承(cheng)受(shou)較(jiao)大(da)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)產(chan)生(sheng)與(yu)溫(wen)度(du)相(xiang)關(guan)的(de)誤(wu)差(cha)。為(wei)降(jiang)低(di)誤(wu)差(cha)電(dian)壓(ya) V error，我們應避免走線過長

，以限度地減少 R雜散。

值得一提的是
，消除 R雜散誤差的更有效解決方案是使用不同的放大器而不是同相配置。從圖 2中可以看出

，同相配置具有單端輸入。它檢測節點 A 處相對於地的電壓。然而，差分放大器具有差分輸入並感測 R shunt兩端的電壓。這如圖 3所示。

圖 3。

差分放大器的傳遞函數由下式給出：

[v_{out}=frac{R_{2}}{R_{1}}left(v_{A}-v_{B} ight)=frac{R_{2}}{R_{1} }V_{分流器}]

由於放大器的差分輸入檢測分流電阻兩端的電壓
，PCB 走線的電阻不會產生誤差。我們將在以後的文章中更詳細地研究差分放大器配置。

阻焊性

另一個誤差源是與檢測電阻串聯的焊錫電阻。這在圖 4中進行了說明。

圖 4。

在此圖中
，負載電流沿紅色箭頭方向從左向右流動。垂直跡線將分流電阻器連接到放大器輸入端（In+ 和 In-）。因此，放大器會感測 A 點和 B 點之間的電壓差。感測電阻器的實際值為 R shunt +2R solder。焊接電阻可以在幾百微歐姆的範圍內。

誤差變得顯著
，尤其是當使用小分流電阻器時。例如
，對於 0.5 mΩ 的分流電阻器和 I負載= 20 A，焊接電阻的誤差可能高達 22%。為解決這個問題
，放大器輸入應直接連接到分流電阻器而不是載流跡線。圖 5顯示了一個示例布局，可以提供更準確的結果。

圖 5。

在這種情況下，有兩對 PCB 焊盤：一對用於將 R shunt連接到負載，另一對用於將 R shunt連接到放大器輸入。在大電流應用中
，放大器汲取的電流 (I amp ) 遠小於 I load。這就是為什麼上述布局可以減少阻焊誤差的原因。

為了更好地理解這項技術，讓我們比較兩種情況下的檢測電壓。使用圖 4所示的布局
，檢測到的電壓為：

[v_{A}-v_{B}=left(R_{shunt}+2R_{solder1} ight) imes left(I_{load}+I_{amp} ight)]

由於 I amp比 I load小得多，我們有：

[v_{A}-v_{B}approxleft(R_{shunt}+2R_{solder1} ight) imes I_{load}=R_{shunt}I_{load}+2R_{solder1}I_{加載}]

等式 1。

這給出了 2R solder1 I load的誤差電壓。圖 5中的布局如何
？這種布局的電路圖如下所示：

圖 6。

請注意，電流 I load不經過 R solder2返回其源。測得的電壓為：

[v_{C}-v_{D}=R_{shunt} imesleft(I_{load}+I_{amp} ight)+2R_{solder2}I_{amp}approx R_{shunt}I_{ load}+R_{solder2}I_{amp}]

在這種情況下，誤差為 2R solder2 I amp，它遠小於公式 1的誤差，因為 I amp遠小於 I load。這種技術通常被稱為開爾文傳感，並在許多應用領域得到使用。它使我們能夠準確測量阻抗。圖 7顯示了一些采用開爾文傳感技術的其他 PCB 布局。

圖 7.圖片（改編）由TI提供。

您可以在 Analog Devices 的“通過改進低值分流電阻器的焊盤布局來優化高電流檢測精度”中找到更複雜的開爾文連接布局示例。

您可能想知道圖 5 和圖 7中zhong描miao繪hui的de三san種zhong布bu局ju中zhong的de哪na一yi種zhong可ke以yi導dao致zhi更geng準zhun確que的de測ce量liang
？應ying該gai注zhu意yi的de是shi，很hen難nan回hui答da這zhe個ge問wen題ti，因yin為wei結jie果guo取qu決jue於yu您nin在zai設she計ji中zhong使shi用yong的de電dian阻zu器qi。不bu同tong的de電dian阻zu器qi製zhi造zao商shang在zai電dian阻zu器qi的de標biao稱cheng值zhi時shi可ke能neng會hui使shi用yong不bu同tong的de測ce量liang位wei置zhi。

例如
，如果電阻製造商測量了焊盤內部的電阻
，那麼圖 7(a)中的布局可以為我們提供更準確的測量結果。

嘈雜的地麵

圖 8顯示了另一個誤差源：噪聲接地。

圖 8。

我們討論過，由於同相配置具有單端輸入，它測量節點 A 相對於地的電壓。假設我們的電路板有一個專用的地平麵。我們可以在非常靠近 R分流器的地方放置一個過孔，以將 B 點保持在係統接地電位
，並限度地減少 PCB 走線電阻的誤差。另一個敏感節點是節點 C。任何耦合到節點 C 的信號都會被放大並出現在輸出端。因此，我們也需要將節點 C 保持在地電位。

然而，假設地麵有噪聲並且一些電流流過接地層，如圖8所示。這將導致節點 B 和 C 之間存在電位差，而我們理想情況下希望它們具有相同的電位。

假設節點 B 保持在地電位，與地電流的電壓差將出現在節點 C 並在輸出端引入誤差。為避免此錯誤
，建議使用使節點 B 和 C 彼此非常靠近的 PCB 布局。

把它們放在一起

圖 9顯示了一個考慮了上述注意事項的示例布局。此示例布局基於采用 SOT 23封裝的運算放大器。

圖 9。

請注意
，開爾文連接用於檢測分流電阻器兩端的電壓。另請注意，R 1和 Rfenliuqidejiedicebicifeichangkaojin。qingjizhu，kaierwenlianjieyoujizhongbutongdehanpanbuju。ninkenengxuyaozixundianzuqizhizaoshanghuojinxingyixieshiyanyiquedingshiheninshejidebuju。

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