電流檢測(cè)最的三個(gè)最基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

1、電流檢測(cè)最的三個(gè)最根底知識(shí)點(diǎn)目前，電流檢測(cè)的阻值非常低，其主要用于測(cè)量流經(jīng)其山的電流。通過該電阻的電流主要是通過電阻兩端的電壓反映出來，所以通過應(yīng)用公式匸V/R該公式是由某著名學(xué)校的老師喬治西蒙歐姆提出的：即電阻上的電流與電壓成正比。上面簡(jiǎn)單的介紹就當(dāng)作拋磚引玉了，本文的主題一一阻選擇、高邊或低邊監(jiān)測(cè)以及檢測(cè)放大器的選擇一一都是以這個(gè)電氣工程根本公式為根底的。電流檢測(cè)監(jiān)控有助于提高一些系統(tǒng)的效率，減少損失。例如,許多 實(shí)現(xiàn)了電流檢測(cè)監(jiān)控，提高電池壽命，同時(shí)提高可靠性。如果電流消耗太大， 可以做岀決定，降低 CPU頻率來減少電池負(fù)載以此延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)防止 過熱來增加穩(wěn)定性。甚至有 應(yīng)用程序可

2、以訪問電流檢測(cè)并且對(duì)優(yōu)化 的性能做出 決策。除了電流檢測(cè)監(jiān)控使用了一個(gè)電阻，另外兩個(gè)不太常用的方法也使用了電阻。其一是使用霍爾效應(yīng) 傳感器來測(cè)量產(chǎn)生通量場(chǎng)的電流。雖然這是非侵入性的，并且具有非插入損耗的優(yōu)點(diǎn)。它相對(duì)來說有點(diǎn)貴，并且要求一個(gè)相對(duì)大的 PCB基板。另一種方法，使用變壓器測(cè)量感應(yīng)的交流電流，也屬于面積和本錢密集型； 并且同時(shí)只對(duì)交流電流有用。本文將介紹使用一個(gè)電阻進(jìn)行電流檢測(cè)監(jiān)控的三個(gè)根本方面：1、 選擇一個(gè)低阻值精度采樣電阻。如果說基板是基于 位置，位置，位置然而選擇一個(gè)電阻就是基于精度，精度，精度原那么。2、 選擇一個(gè)檢測(cè)放大器芯片。當(dāng)感應(yīng)到在小于1歐姆電阻，電壓很小的變化也會(huì)產(chǎn)

3、生一個(gè)很大的結(jié)果。檢 測(cè)放大器將電壓變化放大，使無意義的事情變的更有意義。3、檢測(cè)電阻的 位置，位置，位置這個(gè)假設(shè)檢測(cè)參考電源，稱為高邊檢測(cè)，或者如果連接地，又叫作低邊 檢測(cè)。精密電流傳感應(yīng)用程序不再是自制食物電路；制造商已經(jīng)做了所有的研究和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的大局部工作。電阻選擇選擇電阻值，精度和物理尺寸都取決于預(yù)期的電流測(cè)量值。電阻值越大，測(cè)量可能就越精確，但大的電阻值也會(huì)導(dǎo)致更大的電流損失。對(duì)于低功率電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，必須減少損失，電阻大約一毫米的長(zhǎng)度值并且?guī)в谐砂偕锨W姆的電阻經(jīng)常被使用。對(duì)于一個(gè)或更多的放大器的更高電流，電阻可以使用更大的阻值，這將得到更準(zhǔn)確的測(cè)量與可接受的損失。盡管電阻器通常認(rèn)

4、為是一個(gè)簡(jiǎn)單的二端設(shè)備，為準(zhǔn)確測(cè)量當(dāng)前的四端電阻比方Vishay WSK系列，在每個(gè)電阻的末端都使用了二端。這為二端提供了應(yīng)用電路的電流路徑，和另一對(duì)感測(cè)放大器的電壓檢測(cè)路徑。這 四端設(shè)置，也稱為開爾文傳感，確保在每個(gè)連接盡可能最小的阻力，確保感測(cè)放大器的測(cè)量電壓就是電阻兩 端的的實(shí)際電壓并且包括小電阻的組合連接。這將使得更加容易相互連接并且減少電阻溫度系數(shù)造成的影 響TCR。TCR是一個(gè)電阻隨著溫度的升高而阻值增加的效果。電源接到檢測(cè)電阻上通常都會(huì)使電阻加熱并且可能連接到100°C或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該溫度的環(huán)境溫度下。盡管檢測(cè)電阻設(shè)計(jì)成具有非常低的TCR，但 是有線或PCB布線連接起來組

5、合的 TCR可能使阻值增加5%到 10%。開爾文傳感通過改良傳感系統(tǒng)溫度的 穩(wěn)定性大大降低了 TCR的影響。WSK0612帶1.0%誤差的電阻可以處理一瓦特的電量并且在小型的DC/DC轉(zhuǎn)換器和一些電池充電器中比擬常見。WSK2512系列誤差為0.5%的電阻主要應(yīng)用于筆記本電源和儀器應(yīng)用。Vishay WSK2512可以處理一瓦特并且誤差可以精確到 0.5%并且電阻可以從0.025 Q小到如0.0005 Q的都有。圖1 : Vishay WSK0612電流檢測(cè)電阻和尺寸。另一個(gè)檢測(cè)電阻的重要標(biāo)準(zhǔn)就是隨著溫度改變的穩(wěn)定性在Vishay WSLS和WSLP系列也突顯出來。這些都是長(zhǎng)壽電阻并且在工作溫

6、度范圍內(nèi)其阻值波動(dòng)幅度低至0.25%，并且通常用于開關(guān)電源和線性電源以及功率放大器中作為電流檢測(cè)電阻。在處理非常低阻值低電阻過程中有一個(gè)不尋常的問題可能會(huì)碰到，那就是熱EMFo熱EMF是一個(gè)非常小的電壓，占1000分之一伏特，這是存在導(dǎo)體中的溫度微小差異引起的。熱EMF的常規(guī)使用是建立一個(gè)熱電偶，其中微電壓和溫度成正比；但是熱EMF在我們的電流檢測(cè)電阻中是不允許出現(xiàn)的，并且可能會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的讀數(shù)。Vishay WSL和WSR電阻系列提供了許多性能優(yōu)勢(shì)，包括被專門設(shè)計(jì)來減少熱EMF.圖2繪制了Vishay WSL供電金屬條狀電阻和其兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的一個(gè)比擬圖。該態(tài)勢(shì)圖說明WSL系列有一個(gè)低至3

7、卩v / °的熱EMF而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手卻高 達(dá)土 25卩V/0 CHOMAI. fHF DEMO 圖2 : Vishay 50毫歐WSL2512供電條狀電阻和其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手技術(shù)的熱EMF特征進(jìn)行比擬在圖2的其中兩個(gè)電阻中都是金屬條狀技術(shù)，第三個(gè)是低阻值的厚膜電阻。所有的電阻都是50 mQ標(biāo)稱電阻。正如上圖展示的，如果不考慮熱EMF就會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的讀數(shù)。某些應(yīng)用程序有高功率的要求，使用半瓦或更多來強(qiáng)制通過電阻。Vishay WSLP2021 WSLP2512可以分別處理2.0和3.0瓦。WSHM2818具有7.0瓦高功率密度電流檢測(cè)電阻，主要是為高壓電流檢測(cè)應(yīng)用比方 wattage DC/DC

8、轉(zhuǎn)換器，桌面PC電源，以及無刷直流電機(jī)控制。對(duì)于高溫應(yīng)用，1瓦特的Vishay WSLT和WSR系列可以承受溫度高達(dá) 275攝氏度。檢測(cè)監(jiān)控-高邊或者低邊？電流分流器監(jiān)控集成電路，同時(shí)也叫電流檢測(cè)放大器，精確測(cè)量待測(cè)電阻兩端的微小電壓。防止檢測(cè)放大 器干擾被測(cè)電壓，這些集成電路具有很高的輸入阻抗。然而，在選擇并聯(lián)顯示器之前，必須做岀一個(gè)明智的決定，那就是是否要將電流檢測(cè)電阻放置在負(fù)載的電源電壓軌上高邊監(jiān)控?；蛘哓?fù)載的地面點(diǎn)低邊 監(jiān)控，每一種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。High-Side $ Sensing 弓High-SideSensingLow-SideSensingLoW'SideSersi

9、ng JT JT圖3 :高邊檢測(cè)vs低邊檢測(cè)低邊檢測(cè)通常是最廉價(jià)和最簡(jiǎn)單的方式來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿绻麢z測(cè)電阻的一端在地面系統(tǒng)，并且負(fù)載的另外一 端在那些電流待測(cè)的負(fù)載的地面，然后電阻兩端的電壓相對(duì)系統(tǒng)地面可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的引用同一個(gè)系統(tǒng) 的運(yùn)放將其放大。然后該放大電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC進(jìn)行測(cè)量。但是，低邊檢測(cè)的缺點(diǎn)與其自身的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)，那就是放置一個(gè)電阻在負(fù)載到地的路徑。這種電阻放置導(dǎo)致 負(fù)載的地面浮動(dòng)電壓略高于系統(tǒng)地面。這種安排的最常見的問題是潛在的接地回路問題。因?yàn)樨?fù)載與系統(tǒng) 中的其他負(fù)載不是在同一個(gè)參考地上。該系統(tǒng)可以開發(fā)一個(gè)可聽噪音，如哼哼，甚至對(duì)附近的設(shè)備產(chǎn)生干擾, 包括音頻和視頻的干擾

10、。另外，低邊檢測(cè)不能夠檢測(cè)錯(cuò)誤條件，比方在地面路徑的一個(gè)短路或者開路，由 于連接問題或外界干擾引起的。由于這個(gè)原因，低邊檢測(cè)的意義在于處理大電流，一個(gè)孤立的負(fù)載，或其他情況下，系統(tǒng)不受地面路徑影響。高邊檢測(cè)是用于當(dāng)一個(gè)并聯(lián)電阻成列放置在系統(tǒng)電源和負(fù)載之間。這個(gè)配置對(duì)電流的變化更加敏感并且對(duì) 系統(tǒng)地添加了免干擾功能。其主要缺點(diǎn)是由于分流電阻不是在系統(tǒng)地面上，差動(dòng)電壓必須被測(cè)量岀來，因 為它需要精確匹配適宜的差分放大器。然而，它的缺點(diǎn)是消除了一個(gè)來自德州儀器的精密電流分流監(jiān)控器。電流分流監(jiān)控器選擇電流分流監(jiān)控器的幾個(gè)因素：共模范圍：該標(biāo)準(zhǔn)定義了放大器對(duì)地的輸入允許直流電壓范圍。電流分流監(jiān)控器通常指

11、定接受共模電壓比 芯片供電電壓高。比方說。德州儀器的INA225電流分流監(jiān)控器和 TI的INA300電流檢測(cè)比擬器可以接受的 DC電壓是從0v到36V。他們兩者都是非常靈活的，并且可以用于高邊或者低邊監(jiān)控。INA225擁有I2C接口，允許一個(gè)微控制器去讀被監(jiān)控的電流根據(jù)被測(cè)的電壓和功耗。TI的INA282擁有一個(gè)非常寬的共模-14v + 80 v的范圍以及一個(gè)只有 1.5卩V/ °低的偏置漂移。偏置電壓：這是在放大器輸入端測(cè)量電壓，假設(shè)正極和負(fù)極輸入是根本一樣的電壓。理想情況下這個(gè)電壓 是零，但實(shí)際上它總是一個(gè)非零電壓。小的偏移電壓會(huì)導(dǎo)致巨大的錯(cuò)誤，它可以增加芯片壽命和動(dòng)態(tài)溫度。 德

12、州儀器的INA230雙向電流分流監(jiān)控器擁有一個(gè)低至50 g V的偏置電壓當(dāng)其溫度范圍是-40 + 125 °C寸。然而，對(duì)于最好的精度，這個(gè)TI的INA226在現(xiàn)在的市場(chǎng)上是一款最高精度的電流檢測(cè)監(jiān)控器，其偏置電壓是只有10gV并且一個(gè)共模范圍到達(dá) 36V。他們兩者都實(shí)現(xiàn)了一個(gè)I2C系列接口以方便大多數(shù)微控制器接口。共模抑制比CMRR:這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)放大器檢測(cè)和拒收信號(hào)的能力出現(xiàn)在兩個(gè)差分輸入。電路板上的放 大器的物理位置可能會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合到輸入上由于熱噪聲，高頻信號(hào)，或者高電流，從而誘導(dǎo)磁電流耦合。德州儀器的大局部電流分流監(jiān)控器有一個(gè)經(jīng)典的共模抑制比高達(dá)140dB，包括INA226 ,INA210，和INA282。由于電流分流監(jiān)控器有太多的選擇，目標(biāo)電路究竟該使用哪一個(gè)？正如本文所討論，選