高侧电流检测方法

文章作者:Michael Dunn

作为一个编辑，我看到了各种各样的设计提交，从好的，到不太好的。我最近因为几个原因拒绝了一篇文章，其中提到了一个存在实现问题的高侧电流检测电路。这让我想到了在电压轨上实现电流传感的不同方法。
在其核心部分，大多数直流电流检测电路都是从供电线路中的一个电阻开始的(尽管磁场检测是一个很好的替代方案，特别是在大电流的情况下)。一个简单的测量电阻器上的电压降，并按所需读取电流(E = I × R(如果我没有包括这个，有人会抱怨))。如果检测电阻是在地腿，那么解决方案是一个简单的运放电路。所有的东西都与地面有关，你只需要注意地面布局中的小电压降。
但通常，将检测电阻放置在电源引线中是首选的方法。为什么?接地可能不可用(例如，底盘接地的汽车设备)，或者您可能不希望设备接地与电源接地不同，这可能会导致接地回路和其他问题。那么，有什么选择呢?
最明显和明确的方法是将差分或仪表放大器(inamp)扔过检测电阻，但在实践中，这很少是一个好方法。为了准确地检测电流，通常需要极高的CMR(共模抑制)，这既昂贵又容易漂移。
所以如何?让我们考虑一个设计示例:0-10A, 12V标称，5mΩ检测电阻:

最明显的高侧电流传感解决方案，使用差分放大器。

甚至不要考虑使用离散电阻为此，除非他们是精密匹配网络的一部分(因此不是真正的离散当然)。对于电源电压1V的变化，和差异放大器中80dB的CMRR(这转换为~0.01%的电阻匹配)，你会看到等效的20mA的电流(1V的变化与80dB的CMRR导致0.1mV的转移参考输入;除以5mΩ检测电阻的5mV/A比例)。
对于0-12V电源，乘以12:240mA漂移电压范围。
需要注意的是，一个真正的三运放集成放大器对电阻匹配的灵敏度比单运放差分放大器低。尽管如此，通常有更好的方法。
我上面提到的文章使用了一个带有离散电阻的单运放差分放大器。事实上，一个电阻是微调与锅，这我最初认为是CMRR，但结果是一个增益调整 输出的进一步处理(例如比较器)参照V+。R4是可选的，用于保护。

我要告诉你的第三种方法现在在集成电路解决方案中很常见，晶体管和运放一起工作来测量电流。当我想出我的倒置运算放大器时，我并不知道这个设计，这可能是一件好事，因为它为我节省了一个晶体管。

ST的TSC103在回路中使用了BJT。

而Linear的LTC6102使用了MOSFET。

此类部件的来源包括ST, Maxim和Linear Tech，但电路也很容易实现自己。
像LM13700这样的OTA可以用作高端传感器吗?嗯。我将把这个留给读者作为练习。