介紹
電流檢測用于執(zhí)行兩個基本的電路功能。首先，它測量電路中流動的“多少”電流;可用于 DC/DC 電源中的電源管理的信息，以確定必要的外圍負(fù)載以節(jié)省電力。第二個功能是確定何時存在“過多”電流或故障情況。如果電流超過安全限值，則會滿足軟件或硬件互鎖條件，并發(fā)送信號來關(guān)閉應(yīng)用程序，就像電機停轉(zhuǎn)或電池短路情況一樣。選擇一種設(shè)計穩(wěn)健、能夠承受故障期間存在的極端條件的技術(shù)至關(guān)重要。執(zhí)行測量功能的適當(dāng)組件將維持準(zhǔn)確的電壓信號并防止損壞印刷電路板。
測量方法
指示“多少”狀況和“太多”狀況的信號可通過多種不同的測量方法獲得，每種方法都有其優(yōu)點，使其成為有效或可接受的電流測量方法，但也有對應(yīng)用可靠性至關(guān)重要的權(quán)衡。它們還可以分為兩大類測量方法：直接或間接。直接方法意味著它直接連接在被測量的電路中，并且測量組件暴露于線路電壓，而間接方法提供設(shè)計安全可能必需的隔離。
電阻式
電流檢測電阻
電阻器是一種直接測量電流的方法，具有簡單和線性的優(yōu)點。電流檢測電阻器與被測量的電流串聯(lián)放置，產(chǎn)生的電流導(dǎo)致少量功率轉(zhuǎn)化為熱量。這種功率轉(zhuǎn)換提供了電壓信號。除了簡單性和線性度等有利特性外，電流檢測電阻器還是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，電阻溫度系數(shù) (TCR) 穩(wěn)定為 o C 或 0.01 %/ o C，并且不會遭受雪崩倍增的可能性或熱失控。
電流互感器
電流互感器具有三個主要優(yōu)點：它提供與線路電壓的隔離、無損電流測量以及可提供抗噪性的大信號電壓。這種間接電流測量方法需要變化的電流(例如交流電流、瞬態(tài)電流或開關(guān)直流電流)來提供變化的磁場，該磁場磁耦合到次級繞組中。次級測量電壓可以根據(jù)初級和次級繞組之間的匝數(shù)比進(jìn)行縮放。這種測量方法被認(rèn)為是“無損”的，因為電路電流通過銅繞組時電阻損耗非常小。然而，由于負(fù)載電阻、磁芯損耗以及初級和次級直流電阻造成的變壓器損耗，會損失少量功率。
羅氏線圈
羅氏線圈與電流互感器類似，次級線圈中感應(yīng)出的電壓與流經(jīng)隔離導(dǎo)體的電流成正比。例外之處在于，羅氏線圈是空心設(shè)計，與電流互感器不同，電流互感器依賴于高磁導(dǎo)率磁芯(例如層壓鋼)來磁耦合到次級繞組?？招驹O(shè)計具有較低的電感，提供更快的信號響應(yīng)和非常線性的信號電壓。由于其設(shè)計，它通常用作現(xiàn)有接線(例如手持式儀表)的臨時電流測量方法。這可以被認(rèn)為是電流互感器的低成本替代方案。
霍爾效應(yīng)
當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場中時，垂直于磁場和電流方向會產(chǎn)生電勢差。該電勢與電流的大小成正比。當(dāng)沒有磁場并且存在電流時，就不存在電勢差。然而，如圖 5 所示，當(dāng)存在磁場和電流時，電荷與磁場相互作用，導(dǎo)致電流分布發(fā)生變化，從而產(chǎn)生霍爾電壓。
霍爾效應(yīng)器件的優(yōu)點是能夠以低功耗測量大電流。然而，有許多缺點限制了它們的使用，例如需要補償?shù)姆蔷€性溫度漂移;帶寬有限;低量程電流檢測需要較大的失調(diào)電壓，這可能會導(dǎo)致誤差;對外部磁場的敏感性;靜電放電敏感性;且成本高。
晶體管
R DS(ON) – 漏源導(dǎo)通電阻
晶體管被認(rèn)為是一種無損過流檢測方法，因為它們是電路設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)控制元件，并且不需要其他電阻或功耗器件來提供控制信號。晶體管數(shù)據(jù)表提供了功率 MOSFET 的漏極至源極導(dǎo)通電阻 (RDS(ON))，典型電阻在 mΩ 范圍內(nèi)。該電阻由多個組件組成，首先是通過電阻連接到半導(dǎo)體芯片的引線，從而構(gòu)成了眾多通道特性。根據(jù)該信息，通過 MOSFET 的電流可由 ILoad = VRDS (ON) / R DS(ON)確定。
R DS(ON)的每個組成部分 都會因界面區(qū)域電阻的微小變化和 TCR 效應(yīng)而產(chǎn)生測量誤差。 TCR 效應(yīng)可以通過測量溫度并利用溫度引起的預(yù)期電阻變化來校正測量電壓來部分補償。通常，MOSFET 的 TCR 可高達(dá) 4000 ppm/ ° C，相當(dāng)于溫度升高 100 ° C 時電阻變化 40%。一般來說，這種測量方法提供的信號精度約為 10% 至 20%。根據(jù)精度要求，這可能是提供過流保護(hù)的可接受范圍。
比率指標(biāo) – 電流檢測 MOSFET
MOSFET 由數(shù)千個并聯(lián)晶體管單元組成，可降低導(dǎo)通電阻。電流檢測 MOSFET 使用一小部分并聯(lián)單元，并連接到公共柵極和漏極，但連接到單獨的源極(圖 7)。這創(chuàng)建了第二個隔離晶體管; “感應(yīng)”晶體管。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，通過感測晶體管的電流將與通過其他單元的主電流相當(dāng)。
根據(jù)晶體管產(chǎn)品的不同，精度容差范圍可以低至 5% 或?qū)捴?15% 至 20%。這通常不適用于通常需要 1% 測量精度的電流控制應(yīng)用，但適用于過流和短路保護(hù)。
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