在便攜式、物聯(lián)網(wǎng)和汽車設(shè)備及系統(tǒng)中，線路或電池供電的電子設(shè)備需要通過監(jiān)控電源電流來控制配電，因此電源完整性和控制功能至關(guān)重要。電流檢測是延長電池壽命、防止過流情況、監(jiān)控接地故障和優(yōu)化電源控制的關(guān)鍵。問題是需要在高共模電壓下進(jìn)行精確測量。

電流檢測放大器 (CSA) 或分流監(jiān)控器是專為執(zhí)行此類關(guān)鍵測量而設(shè)計的差分放大器 IC。電流測量的基本原理是將串聯(lián)分流電阻器用作電流傳感器，然后計算其上的電壓降。這些分流器和相關(guān)電流檢測放大器的選擇與放置對于正確配電和高效率運(yùn)行至關(guān)重要。

本文將說明如何根據(jù)精度要求和成本來選擇分流器和電流檢測放大器。

電阻器電流檢測

測量電流的最簡單方法是插入一個小電阻器（也稱為分流器）與待測電流串聯(lián)。測量電流檢測電阻兩端的電壓，然后根據(jù)已知電阻值，利用歐姆定律計算電流。該方法具有簡單、低成本和線性的優(yōu)點(diǎn)。
電流檢測電阻的選擇必須關(guān)注電阻器精度、電阻溫度系數(shù) (TCR) 和額定功率。對于給定電流值，電阻值決定電阻兩端的電壓降。它還決定檢測電阻的功耗。一般而言，檢測電阻值遠(yuǎn)小于 1 Ω。市場上有專用電阻器用于這種應(yīng)用。這些電阻器采用板、箔或膜形式的金屬元件，或采用沉積的薄膜或厚膜混合元件。
金屬表面貼裝分流電阻器的示例之一是 Ohmite MCS3264R005FEZR 電流檢測電阻（圖 1）。該表面貼裝器件 (SMD) 是一款雙端子、5 mΩ 電阻器，額定功率為 2 W，TCR 為 50 ppm/°C。

圖 1：Ohmite MCS3264R005FEZR 是一款金屬表面貼裝 5 mΩ 分流電阻器。（圖片來源：Ohmite）
分流電阻器也有四端子（開爾文）配置。在開爾文連接中，電流供應(yīng)給一對源連接端子。另外兩個檢測連接（電壓引線）緊鄰分流電阻。電壓引線的放置避免了與源極引線或觸頭相關(guān)的電壓降。幾乎沒有電流流向測量儀表，因此檢測引線中的電壓降可忽略不計。Ohmite FC4TR050FER 是一款 50 mΩ、四端子金屬箔分流器。

應(yīng)當(dāng)注意，由于電阻溫度系數(shù)的存在，檢測電阻的值會隨溫度變化而變化。選擇低 TCR 的電阻器，使用高額定功率的電阻器，或采用散熱器，都是降低溫度對電阻影響的辦法。

電流檢測放大器

電流檢測放大器是一種特殊用途集成電路差分放大器，設(shè)計用于檢測分流器上產(chǎn)生的電壓，并輸出與被測電流成比例的電壓。電流檢測電阻兩端的電壓通常在 1 到 100 mV 范圍內(nèi)，但可能取決于標(biāo)稱總線電壓電位。CSA 設(shè)計有高共模抑制比 (CMRR)，以消除輸出中的總線電壓。這些器件能夠處理超過其自身電源電壓的共模電壓。

圖 2 是電流檢測放大器的簡化示意圖，顯示了一個具有反向和非反向輸入以及單路輸出的典型差分放大器。

圖 2：典型電流檢測放大器的簡化示意圖。增益由電阻器 R2 對 R1 和 R4 對 R3 的比值設(shè)置。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

電阻值設(shè)置 CSA 的增益。該結(jié)構(gòu)是對稱的，R1 = R3，R2 = R4。增益由 R2 對 R1 和 R4 對 R3 的比值確定。在典型 CSA 實施中，例如 Texas Instruments 的高性能 INA210CIDCKR，R2 和 R4 為 1 MΩ，R1 和 R3 為 5 kΩ，故增益為 200 V/V。此版本放大器的增益精度為 0.5％。該 IC 的額定電源電壓為 2.7 至 26 V，但最大共模輸入電壓為 -3 至 26 V，與電源電壓無關(guān)。這是 CSA 的關(guān)鍵區(qū)別性特征。輸入失調(diào)電壓僅為 35 μV，CMRR 典型值為 140 dB。

根據(jù)具體應(yīng)用，Texas Instruments INA180B3IDBVR 可能是更經(jīng)濟(jì)的 CSA 選擇。該 CSA 具有相同的共模輸入電壓范圍，且可提供 20、50、100 和 200 V/V 的增益。增益精度為 1％，CMRR 為 100 dB，輸入失調(diào)電壓為 100 μV。

電流檢測配置

電流檢測拓?fù)溆袃煞N：高壓側(cè)檢測和低壓側(cè)檢測。高壓側(cè)配置將檢測電阻放在電壓源和負(fù)載之間，而低壓側(cè)檢測將分流器放在負(fù)載和接地之間（圖 3）。