多種電流檢測放大器應(yīng)用電路設(shè)計詳解

由于現(xiàn)代的精巧器件將更多的性能和功能集成到更小的封裝，所以管理電子產(chǎn)品中的散熱狀況變得更為重要。即使是基站或服務(wù)器等“大型”項目也比它們以前的性能顯著提高了。監(jiān)視消耗的電流是管理散熱狀況的一個主要方法，而電流檢測放大器(也稱為電流分流監(jiān)視器)有助于最大限度地提高您的測量準(zhǔn)確度。圖1是一個電流檢測放大器的方框圖。

圖1：電流檢測放大器方框圖

電流檢測放大器擁有獨特的輸入級，該輸入級允許輸入引腳處的共模電壓遠遠超過器件的電源電壓。此外，它們還集成了非常精確的低漂移增益電阻器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能最大限度地實現(xiàn)可達到的準(zhǔn)確度，同時允許小型并聯(lián)電阻器。不過，從德州儀器的電流檢測產(chǎn)品組合為您的應(yīng)用選擇最好的器件還需要進行一些別的分析。您需要作出的第一個決策是：您想在低側(cè)測量還是在高側(cè)測量。在低側(cè)配置中，分流器在負載和接地之間。在高側(cè)配置中，分流電阻器放置在電源和負載之間。這一決策促使共模電壓成為關(guān)鍵器件規(guī)格之一。

在低側(cè)實施方案中，V-是接地電壓(0V)，V+只是跨接地以上分流器的小電壓降，所以VCM基本上是0V(見圖2)。因此，您的電流分流監(jiān)測器必須在其共模電壓范圍內(nèi)包括0V。早期的電流檢測放大器(如INA138)在其共模電壓范圍內(nèi)不包括0V，所以不能在低側(cè)使用。較新型的器件(如INA199)具有從-0.3V至+26V的共模范圍，可在低側(cè)或高側(cè)使用。

圖2：低側(cè)電流檢測放大器方框圖

系統(tǒng)負載

如果在高側(cè)使用(如圖3所示)，共模電壓等于電源電壓，因為V+連接到了該電軌。電流檢測放大器的共模范圍必須包括電源軌以及您需要作為因素計入的任何負載容限。例如，在許多24V汽車應(yīng)用中，電流分流監(jiān)視器需要適應(yīng)高達72V的電壓(作為共模電壓)。正如筆者所提到的，INA210共模范圍向上可擴展至26V，而且似乎具備必要條件，能成為適合24V應(yīng)用的出色解決方案;但如果有法規(guī)要求容限超過26V，那就不可能。在那種情況下，像INA282(其共模電壓范圍從-16V至+80V)這樣的器件就值得考慮了。

圖3：高側(cè)電流檢測放大器方框圖

差分放大器

您需要考慮的最后器件選擇標(biāo)準(zhǔn)是方向性。如圖4所示，在許多應(yīng)用中，電流可能雙向流動;負載可吸入電流或輸出電流。這方面的例子包括電機控制和電池管理。只能監(jiān)視單向電流流動的電流檢測放大器被稱為單向電流檢測放大器，INA193就是一個例子;能檢測雙向電流流動的電流檢測放大器被稱為雙向電流檢測放大器，INA225就是一個很好的例子。

為了確定電流正在哪個方向流動，模擬電流檢測放大器必須有一個附加的輸入引腳來將輸出電壓范圍劃分為系統(tǒng)吸入電流或系統(tǒng)輸出電流。在數(shù)字輸出器件(如 INA226)上，參考電壓(VREF)功能是該器件內(nèi)部的功能，一個二進制補碼輸出用于“負”電流流動。如果兩個方向的電流流量相等，那么VREF引腳應(yīng)連接在滿量程輸出范圍的中點。另一方面，如果一個方向的電流流量和另一個方向的電流流量不相等，您可能需要調(diào)整VREF輸入，以匹配跨滿量程輸出范圍的這個比例。

圖4：雙向電流檢測放大器方框圖

系統(tǒng)輸出電流

已熟悉低側(cè)和高側(cè)監(jiān)視的概念以及在這兩種工作方法之間的決策如何影響電流檢測放大器所需的共模電壓范圍。