电流检测

在此介绍的基于运放的电流检测电路并不新鲜，它的应用已有些时日，但很少有关于电路本身的讨论。在相关应用中它被非正式地命名为“电流驱动”电路，所以我们现在也这样说。让我们首先探究其基本概念，它是一个运算放大器和MOSFET电流源（注意，如果您不介意基极电流会导致1%左右的误差，也可以使用双极晶体管）。图1A显示了一个基本的运算放大器电流源电路。把它垂直翻转，这样我们可在图1B中做高边电流检测，在图1C中重新绘制，来描绘我们将如何使用分流电压作为输入电压，图1D是最终的电路。

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【图1、此图描述了从基本运算放大器电流源转换为具有电流输出的高边电流检测放大器】

<strong>基本电路</strong>

在我们接下来关于<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2018/100012187.html">电流检测放大器</a>的博客中，我们将谈谈如何配置NCS21xR和NCS199AxR电流放大器，以使其输出精确的电流。在某些应用中，系统数据读取板离监测系统电流的电路较远。

这种情况有两个问题：1)长的传输线长度会导致电流检测放大器的输出和输入到系统数据读取板之间产生较大的不想要的压降；2)两板间的杂散接地电阻会产生电压误差。精密的输出电流测量被更精确地读取，因为它克服了由于板间的接地压降和传输线的电压损耗造成的误差。

<strong>Henry Zhang和Kevin B. Scott ADI公司</strong>

开关模式电源有三种常用电流检测方法是：使用检测电阻，使用MOSFET RDS(ON)，以及使用电感的直流电阻(DCR)。每种方法都有优点和缺点，选择检测方法时应予以考虑。

<strong>检测电阻电流传感</strong>

作为电流检测元件的检测电阻，产生的检测误差最低（通常在1%和5%之间），温度系数也非常低，约为100 ppm/°C(0.01%)。在性能方面，它提供精度最高的电源，有助于实现极为精确的电源限流功能，并且在多个电源并联时，还有利于实现精密均流。

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电流检测技术在现今的生活与工作中都有广泛的应用，许多的系统中都需要检测流入和流出的电流大小，检测电流大小能够避免器件出错。所以我们今天的主角就是“开关模式电源的电流检测技术”。

本文由ADI 电源产品应用工程总监Henry Zhang和电源产品部门产品营销经理Kevin Scott撰写。

<strong>基本知识谈</strong>

电流模式控制由于其高可靠性、环路补偿设计简单、负载分配功能简单可靠的特点，被广泛用于开关模式电源。电流检测信号是电流模式开关模式电源设计的重要组成部分，它用于调节输出并提供过流保护。图1显示了 ADI LTC3855同步开关模式降压电源的电流检测电路。LTC3855是一款具有逐周期限流功能的电流模式控制器件。检测电阻RS监测电流。

由于多种不同的原因，可能需要在电流检测放大器 (CSA) 的输入或输出端进行滤波。今天，我们将重点谈谈在使用真正小的分流电阻（在1 m? 以下）时，用 NCS21xR 和 NCS199AxR 电流检测放大器实现滤波电路。低于1 m? 的分流电阻具有并联电感，在电流检测线上会引起尖峰瞬态事件，从而使 CSA 前端过载。我们来谈谈滤除这些特定的尖峰瞬态事件的主要考虑因素。

在某些应用中，被测量的电流可能具有固有噪声。在有噪声信号的情况下，电流检测放大器输出后的滤波通常更简单，特别是当放大器输出连接到高阻抗电路时。放大器输出节点在为滤波器选择组件时提供了最大的自由度，并且实现起来非常简单，尽管它可能需要后续的缓冲。

当分流电阻值减小时，并联电感对频率响应有显著影响。在小于1 m? 的情况下，并联电感产生传递函数中的零点，通常导致在100 kHz 的低频率下产生拐角频率。这种电感增加了电流检测线路上高频尖峰瞬态事件的幅值，从而使任何并联电流检测集成电路 (IC) 的前端过载。这个问题必须通过在放大器输入端进行滤波来解决。请注意，无论制造商如何声称，所有电流检测 IC 都容易受到此问题的影响。即使尖峰频率高于器件的额定带宽，也需要在器件的输入端进行滤波以解决此问题。

为了稳定性，必须在 MOSFET 栅极前面放一个 100 Ω 电阻吗？

只要问任何经验丰富的电气工程师——如我们今天故事里的教授 Gureux ——在 MOSFET 栅极前要放什么，你很可能会听到“一个约 100 Ω 的电阻”。

虽然我们对这个问题的答案非常肯定，但你们或许会继续问——

“为什么呢？他的具体作用是什么呢？电阻值为什么是 100 Ω 呢”

为了满足你们的这种好奇心，我们接下来将通过一个故事来探讨这个问题。

<strong>故事开始了</strong>

年轻的应用工程师 Neubean 想通过实验证明，为了获得稳定性，是不是真的必须把一个 100 Ω 的电阻放在 MOSFET 栅极前。拥有30 年经验的应用工程师 Gureux 对他的实验进行了监督，并全程提供专家指导。

<strong>高端电流检测简介</strong>

图1中的电路所示为一个典型的高端电流检测示例。

电源系统设计的挑战之一是电流检测。在降压转换器中，一种流行的“无开销”方法是DCR电流检测。但这种电路精度很低，尤其是使用小型、低ESR电感器时，因此将被其它方法取代，如电流检测电阻器，或功率链路器件。

降压转换器是最常见的电源拓扑，电源工程师深知其优点和缺点。电源系统设计的挑战之一是电流检测。在降压转换器中，一种流行的“无开销”方法是 DCR 电流检测。说它“无开销”，是因为这种方法不会使电源设计增加额外的成本或功耗，但人所共知的是，这种电路精度很低，尤其是使用小型、低ESR电感器时，更是这样。

先来看看DCR检测电路的组成。这种电路足够简单：给输出电感器增加一个RC网络，生成差分信号就行了。RC网络将电感器电流转换成C1两端的电压。

<strong>简介</strong>

大部分电流检测放大器可处理高共模电压(CMV)，但不能处理高差分输入电压。在某些应用中，存在故障条件：分
流器的差分输入电压超过放大器的额定最大电压。这些条件可能损坏放大器。本应用笔记介绍两款可用于电流检测
放大器的基本过压保护电路，同时讨论了电路对两类电流检测架构的器件性能影响——一类是电流检测放大器(以
AD8210为例)，另一类是差动放大器(以AD8418为例)。

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<font color="#FF8000">作者：贸泽电子Bill Giovino</font>

目前，电流检测的阻值非常低，其主要用于测量流经其山的电流。通过该电阻的电流主要是通过电阻两端的电压反映出来，所以通过应用公式I=V/R该公式是由某著名学校的老师乔治·西蒙·欧姆提出的：即电阻上的电流与电压成正比。

上面简单的介绍就当作抛砖引玉了，本文的主题——电阻选择、高边或低边监测以及检测放大器的选择——都是以这个电气工程基本公式为基础的。

电流检测监控有助于提高一些系统的效率,减少损失。例如,许多手机实现了电流检测监控，提高电池寿命，同时提高可靠性。如果电流消耗太大,手机可以做出决定，降低CPU频率来减少电池负载以此延长电池寿命，同时防止手机过热来增加稳定性。甚至有手机应用程序可以访问电流检测并且对优化手机的性能做出决策。除了电流检测监控使用了一个电阻，另外两个不太常用的方法也使用了电阻。其一是使用霍尔效应传感器来测量产生通量场的电流。虽然这是非侵入性的,并且具有非插入损耗的优点。它相对来说有点贵，并且要求一个相对大的PCB基板。另一种方法,使用变压器测量感应的交流电流,也属于面积和成本密集型;并且同时只对交流电流有用。