中心議題：

• 結合使用放大器和檢測電阻
• 介紹一種簡單方案
• 密切關注先進的電流檢測放大器

解決方案：

• 淩力爾特科技公司的LTC6102可以直接實現高端電流檢測

絕大多數的模擬芯片(比較器、運算放大器
、儀表放大器
、基準源和濾波器等)都dou是shi用yong來lai處chu理li電dian壓ya信xin號hao的de。當dang用yong來lai處chu理li電dian流liu信xin號hao時shi

，設she計ji師shi的de選xuan擇ze就jiu較jiao少shao了le，且qie頭tou痛tong的de事shi情qing也ye比bi較jiao多duo。這zhe是shi很hen不bu幸xing的de，因yin為wei直zhi接jie監jian控kong和he測ce量liang電dian流liu具ju有you很hen大da的de優you點dian。對dui於yu電dian機ji力li矩ju
、螺線管力、LED亮度、太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)光(guang)照(zhao)以(yi)及(ji)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)等(deng)參(can)數(shu)，通(tong)過(guo)觀(guan)測(ce)電(dian)流(liu)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)監(jian)控(kong)方(fang)式(shi)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)能(neng)夠(gou)精(jing)密(mi)地(di)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)並(bing)將(jiang)該(gai)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)易(yi)於(yu)常(chang)見(jian)的(de)電(dian)壓(ya)型(xing)器(qi)件(jian)(放大器、比較器和ADC等)進行放大、調節和測量的電壓的電路。

盡(jin)管(guan)一(yi)隻(zhi)電(dian)阻(zu)就(jiu)可(ke)以(yi)將(jiang)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)壓(ya)，但(dan)電(dian)阻(zu)自(zi)身(shen)卻(que)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)完(wan)整(zheng)方(fang)案(an)。最(zui)常(chang)用(yong)的(de)方(fang)案(an)是(shi)采(cai)用(yong)一(yi)隻(zhi)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)，將(jiang)該(gai)電(dian)阻(zu)直(zhi)接(jie)串(chuan)聯(lian)在(zai)電(dian)流(liu)通(tong)道(dao)中(zhong)，再(zai)用(yong)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)隔(ge)離(li)並(bing)調(tiao)節(jie)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)(VSENSE)。
 

圖1：電流檢測電路的原理。

圖2：實際的電流檢測電路。

結合使用放大器和檢測電阻

乍看起來，將一隻電阻器與地串聯起來似乎與最直接的電流檢測方案很相似。這種技術就是眾所周知的低端電流檢測(圖3A)，gaijishuyaoqiumeiyoujiedilujingcunzai
，yinweijiedilujinghuiduijiancedianzuqizhoubiandedianliufenliu，huozheshuohuishixianglindianlugongxiandianliu。tebieshidangjixiewaikeshixitongdidehua，yaochuanlianjinyizhijiancedianzuqijiangshibushijide。tongyang，youyudibingfeiliangdaoti，xitongzhongbutongdiandejiedidianyahuibuyizhi，congerzaijingmiceliangzhongxuyaocaiyongyigechafenfangdaqi(圖3B)。                                                            
 

圖3A：低端電流檢測拓撲。 [page]                                                   

圖3B：低端電流檢測電路實現。

當dang實shi現xian低di端duan電dian流liu檢jian測ce時shi有you一yi個ge非fei常chang嚴yan重zhong的de問wen題ti。在zai接jie地di路lu徑jing中zhong采cai用yong一yi隻zhi電dian阻zu器qi
，意yi味wei著zhe負fu載zai的de地di電dian位wei隨sui著zhe電dian流liu的de變bian化hua而er變bian化hua。這zhe將jiang引yin起qi係xi統tong的de共gong模mo誤wu差cha，並bing在zai與yu要yao求qiu相xiang同tong地di電dian位wei的de其qi他ta係xi統tong連lian接jie時shi出chu現xian問wen題ti。因yin為weiVSENSE的幅度將影響分辨率，設計師需要在分辨率和接地噪聲方麵進行權衡。100mV的VSENSE滿量程將轉換成100mV的注入接地噪聲。但是，可以通過將電流檢測電阻器置於電源和負載之間來避免出現上述地電平的變化問題。

zhezhongtidaifanganbeichengzuoweigaoduandianliujiance。tongyang，weiyujiancedianzuliangduandechafendianyatigonglezhijiededianliuceliang，danzaidianzuqideliangduancunzaiyigefeilingdegongmodianya。yincigaidianluyetichulejishutiaozhan，jibixujiangweixiaodechafenjiancedianyayulaizidianyuandegongmodianyaqufenkailai(圖4)。                                                                              
 

圖4：高端電流檢測。

對dui於yu低di壓ya係xi統tong

，儀yi表biao放fang大da器qi或huo軌gui到dao軌gui差cha分fen放fang大da器qi足zu以yi用yong來lai實shi現xian高gao端duan檢jian測ce電dian阻zu器qi的de檢jian測ce。放fang大da器qi的de輸shu出chu必bi須xu轉zhuan換huan到dao地di
，且qie不bu能neng增zeng加jia太tai大da的de誤wu差cha。而er到dao電dian源yuan電dian壓ya非fei常chang高gao時shi，就jiu需xu要yao采cai用yong電dian路lu將jiangVSENSE降(jiang)低(di)到(dao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)內(nei)
，或(huo)者(zhe)將(jiang)放(fang)大(da)器(qi)懸(xuan)浮(fu)到(dao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)上(shang)。這(zhe)樣(yang)，除(chu)了(le)增(zeng)大(da)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)外(wai)，該(gai)技(ji)術(shu)還(hai)假(jia)定(ding)了(le)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)必(bi)須(xu)位(wei)於(yu)一(yi)個(ge)很(hen)小(xiao)的(de)規(gui)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)。對(dui)於(yu)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)的(de)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)應(ying)用(yong)，能(neng)夠(gou)預(yu)測(ce)大(da)的(de)共(gong)模(mo)波(bo)動(dong)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)的(de)。例(li)如(ru)
，如(ru)果(guo)在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)時(shi)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)仍(reng)能(neng)工(gong)作(zuo)的(de)話(hua)，就(jiu)可(ke)以(yi)指(zhi)示(shi)出(chu)究(jiu)竟(jing)是(shi)電(dian)源(yuan)還(hai)是(shi)負(fu)載(zai)出(chu)現(xian)了(le)問(wen)題(ti)
，電(dian)流(liu)過(guo)大(da)時(shi)意(yi)味(wei)著(zhe)限(xian)流(liu)機(ji)製(zhi)或(huo)負(fu)載(zai)發(fa)生(sheng)了(le)故(gu)障(zhang)
，反(fan)之(zhi)，過(guo)小(xiao)時(shi)則(ze)說(shuo)明(ming)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)故(gu)障(zhang)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)麵(mian)對(dui)超(chao)過(guo)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。許(xu)多(duo)電(dian)流(liu)型(xing)器(qi)件(jian)

，例(li)如(ru)電(dian)機(ji)和(he)螺(luo)線(xian)管(guan)

，都(dou)呈(cheng)感(gan)性(xing)，流(liu)通(tong)電(dian)流(liu)的(de)快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)感(gan)性(xing)回(hui)掃(sao)
，從(cong)而(er)在(zai)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)上(shang)產(chan)生(sheng)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)擺(bai)幅(fu)。也(ye)正(zheng)是(shi)在(zai)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)放(fang)大(da)器(qi)顯(xian)得(de)最(zui)有(you)用(yong)1。

簡單方案

weilejiejuedianliujiancedejishutiaozhan，chuxianlegaoduandianliujiancefangdaqi。zhexieteshudefangdaqinenggouconggaogongmodianyazhongtiquyouliujingxiaojiancedianzudedianliuchanshengdedichafendianya。gaijiancedianyaranhoubeifangdabingbeizhuanhuanchengyidiweijizhundexinhao。tu5給出了高端電流檢測放大器的基本拓撲結構。在這種情況下
，放大器將一個等效於VSENSE的電壓強加到RIN上。通過RIN的電流被迫通過ROUT
，從而產生一個以地為基準的電壓。 很hen顯xian然ran
，對dui於yu基ji本ben的de高gao端duan電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi來lai說shuo，要yao求qiu具ju有you高gao輸shu入ru阻zu抗kang
，具ju有you高gao精jing度du的de高gao增zeng益yi，具ju有you良liang好hao共gong模mo抑yi製zhi性xing能neng的de寬kuan共gong模mo範fan圍wei。還hai有you一yi點dian不bu太tai明ming顯xian的de是shi放fang大da器qi的de精jing度du也ye很hen重zhong要yao。           [page]                                          
 

圖5：基本的高端電流檢測放大器。

1對於開關或整流型負載
，在開關和負載之間安置一個傳感電阻器將會在放大器端引起一個較大的、且頻率可能很高的共模電壓。即便是放大器具有很高的共模抑製能力，當出現很大的高頻共模電壓時
，也會導致CMRR誤差。為了避免這一不必要的難題
，傳感電阻器應該對著電源放置，以免受到整流電壓的影響。

阻抗是關鍵

理li想xiang情qing況kuang下xia

，電dian流liu和he電dian壓ya檢jian測ce都dou不bu應ying影ying響xiang所suo連lian接jie的de負fu載zai。這zhe意yi味wei著zhe電dian壓ya檢jian測ce器qi件jian應ying該gai具ju有you近jin似si無wu窮qiong大da的de輸shu入ru阻zu抗kang，這zhe樣yang才cai能neng確que保bao對dui負fu載zai沒mei有you明ming顯xian的de分fen流liu。相xiang反fan，電dian流liu檢jian測ce應ying該gai具ju有you近jin似si為wei零ling的de輸shu入ru阻zu抗kang
，這zhe樣yang才cai能neng確que保bao加jia到dao負fu載zai上shang的de電dian壓ya不bu會hui明ming顯xian降jiang低di。高gao端duan電dian流liu檢jian測ce電dian路lu(放大器+電阻器)應滿足這兩項要求。用來檢測RSENSE上電壓的放大器必須具有高輸入阻抗，而用來檢測負載電流的電阻則必須非常小。

為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)證(zheng)明(ming)這(zhe)一(yi)點(dian)
，可(ke)以(yi)嚐(chang)試(shi)使(shi)用(yong)大(da)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)。隨(sui)著(zhe)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)的(de)增(zeng)加(jia)
，負(fu)載(zai)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)。外(wai)部(bu)串(chuan)聯(lian)的(de)電(dian)阻(zu)是(shi)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang)的(de)原(yuan)因(yin)
，過(guo)大(da)的(de)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)還(hai)會(hui)導(dao)致(zhi)過(guo)度(du)的(de)熱(re)耗(hao)散(san)，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)長(chang)期(qi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)。

那麼
，是否有任何理由來使用大電阻呢？使用大電阻的主要優點是增加總的輸出電壓(等式1)。這在放大器的增益固定或增益可配置能力有限時是有用的。

對檢測電阻的大小有一個限製。放大器的輸入範圍和最大期望電流將決定最大的可用檢測電阻(等式2)。

例如，如果通過檢測電阻的最大電流(ISENSE_MAX)預期為50mA
，而高端電流檢測放大器所能接收的最大輸入電壓為250mV(VSENSE_MAX)
，則最大檢測電阻為5ohms (RSENSE_MAX)。

理li論lun上shang，不bu應ying該gai強qiang迫po設she計ji師shi通tong過guo增zeng加jia檢jian測ce電dian阻zu來lai補bu償chang放fang大da器qi。隻zhi要yao放fang大da器qi能neng夠gou以yi足zu夠gou的de增zeng益yi和he精jing度du工gong作zuo，設she計ji師shi就jiu應ying該gai使shi用yong最zui小xiao可ke接jie受shou的de檢jian測ce電dian阻zu。這zhe可ke以yi根gen據ju電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi的de輸shu入ru偏pian置zhi電dian壓ya和he必bi須xu處chu理li的de最zui小xiao電dian流liu來lai計ji算suan。

例如
，如果需要1mA的分辨率(IRES)，而高端電流檢測放大器的偏置電壓是1mV (VOFFSET)
，最大檢測電阻則應為1ohm (RSENSE_MIN)。方程3強調了一個關鍵點
，即最小檢測電阻直接與高端電流檢測放大器的偏置電壓有關。

密切關注先進的電流檢測放大器

由於具有高端電流檢測的精度，新一代高端電流檢測放大器的性能相對於上一代有了顯著的改善。例如，淩力爾特科技公司的LTC6102就是一款結合了零漂移技術的最新高端電流檢測放大器。該放大器的輸入偏置電壓隻有10μV，最大偏置漂移隻有50nV/℃。與上一代的電流檢測放大器相比，LTC6102可以使用更小的檢測電阻2。如果係統能夠允許更大的VSENSE

， LTC6102可以接收高達2V的檢測電壓。這種組合偏置加上這一最大檢測電壓可以使放大器提供106dB的de動dong態tai範fan圍wei，從cong而er能neng夠gou處chu理li來lai自zi電dian流liu放fang大da器qi的de微wei安an級ji電dian流liu。用yong它ta可ke以yi檢jian測ce更geng小xiao的de電dian流liu，因yin為wei可ke以yi利li用yong外wai部bu電dian阻zu達da到dao任ren意yi的de增zeng益yi值zhi。通tong過guo利li用yong精jing密mi電dian阻zu器qi
，增zeng益yi精jing度du可ke以yi優you於yu99%。
 

圖6：淩力爾特科技公司LTC6102可以直接實現高端電流檢測。配置該器件隻需一個RSENSE和兩個增益電阻器。設計師可以通過選擇RIN和 ROUT來定製功耗
、響應時間以及輸入/輸出阻抗特性。[page]

LTC6102也並不犧牲其他重要的電流檢測功能。高輸入阻抗將輸入偏置電流限製在300pA以下。LTC6102在高達105V的共模輸入電壓條件下仍能工作。共模抑製達到130dB
，在100V的共模輸入電壓範圍內所貢獻的偏差小於32 uV3。在故障保護方麵
，該器件的響應時間為1usec，因此在負載或電源發生意外時能夠迅速地關斷電源。

2與具有1mV偏置電壓和1 uV/℃漂移的典型高端電流檢測放大器相比
，LTC6102具有最小的理論檢測電阻值(RSENSE_MIN, 等式3)，對於任何給定的電流分辨率(IRES) 而言都要小99%。

3共模抑製等於20 * Log [VCM / VOS]。

本文小結

高(gao)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)為(wei)檢(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)流(liu)提(ti)供(gong)了(le)諸(zhu)多(duo)內(nei)在(zai)的(de)優(you)勢(shi)。先(xian)進(jin)的(de)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)和(he)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)就(jiu)是(shi)很(hen)好(hao)的(de)一(yi)些(xie)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)案(an)例(li)
，它(ta)們(men)對(dui)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)、更高準確度和更高精度的電流檢測放大器提出迫切需求。業界領先的LTC6102由(you)於(yu)具(ju)有(you)強(qiang)大(da)的(de)功(gong)能(neng)和(he)出(chu)色(se)的(de)精(jing)度(du)而(er)得(de)到(dao)了(le)業(ye)界(jie)的(de)青(qing)睞(lai)。目(mu)前(qian)的(de)高(gao)端(duan)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)已(yi)經(jing)達(da)到(dao)了(le)業(ye)界(jie)領(ling)先(xian)精(jing)度(du)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)，為(wei)設(she)計(ji)師(shi)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)、多功能和高精度的選擇
，可以完全替代過去精度低而且複雜的電流檢測電路。