一個(gè)高端電流檢測方案

隨著過去傳統(tǒng)的“開環(huán)”系統(tǒng)被智能和高效率“閉環(huán)”設(shè)計(jì)所取代，準(zhǔn)確的電流檢測在多種應(yīng)用中變得越來越重要。常見的電流檢測方法，需要將檢流電阻串聯(lián)進(jìn)被測電流通路，再用放大電路放大檢流電阻上的壓降。這個(gè)放大電路常被稱之為電流檢測放大器，其越來越被廣泛地運(yùn)用于汽車、通信、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

分立方案

集成方案

對(duì)于電流檢測放大器電路設(shè)計(jì)

目前主要可以分為

分立方案以及集成方案

下面小編

主要為大家梳理比較一下

分立及集成方案的特點(diǎn)

基礎(chǔ)知識(shí)

01

分立運(yùn)放搭建的差分放大器方案

這是一個(gè)分立運(yùn)放搭建的差分放大器（下文簡稱為分立方案）

增益

當(dāng)滿足

02

集成的電流檢測放大器方案

另一種選擇是集成的電流檢測放大器（下文簡稱為集成方案）

可見，分立方案和集成方案都可以實(shí)現(xiàn)電流檢測。但在一些高精度的場合，我們建議使用集成的電流檢測放大器，因?yàn)槌Ｒ?guī)的分立方案需要格外注意電阻的匹配性。

方案對(duì)比

01

電阻失配引起的誤差

如前述，分立方案要求

但現(xiàn)實(shí)中，電阻的失配不可避免。我們假設(shè)實(shí)際的電阻存在失配度ε，且滿足

從而可得：

顯然，輸出電壓里疊加了額外的誤差。

為了更直觀地說明這個(gè)問題，我們用一款高性能運(yùn)放實(shí)際搭建了一個(gè)差分放大器，分別使用了4個(gè)隨機(jī)挑選的0.1%電阻和精心選擇的0.1%電阻。下圖是這個(gè)放大器使用10mΩ的檢流電阻檢測1A電流時(shí)，在不同總線下的電壓輸出情況。

*分立方案與集成方案在不同總線電壓下的誤差

可見，隨機(jī)挑選的0.1%電阻，實(shí)際ε=0.041%，在12V總線上產(chǎn)生了近0.4%的誤差。

為了提升精度，精心挑選電阻實(shí)現(xiàn)ε=0.0048%，總線12V時(shí)誤差僅有0.05%，能夠滿足絕大部分運(yùn)用場合。而一款高性能的集成電流檢測放大器通常可以實(shí)現(xiàn)相近甚至更高的精度。

02

溫度變化引起的誤差

另一方面，如果產(chǎn)品的使用環(huán)境有較大溫度變化，分立方案還需要考慮電阻溫漂帶來的誤差。

我們對(duì)上述ε=0.0048%的電路進(jìn)行溫度性能的測試，實(shí)際使用的電阻擁有25ppm溫度系數(shù)。

從下圖可以看到，分立方案的整體溫漂為36.24ppm/℃，在全溫度范圍內(nèi)誤差的變動(dòng)將近0.6%。與之相對(duì)應(yīng)的，高性能的集成電流檢測放大器往往能實(shí)現(xiàn)更小的溫漂。

*分立方案與集成方案在不同總線電壓下的誤差

可以預(yù)見，如果使用精度更高、溫度特性更好的電阻，分立方案可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于集成方案的性能，但也會(huì)極大地提升物料成本。

03

PCB設(shè)計(jì)

下圖是使用SOT23-5小封裝運(yùn)放和4個(gè)0603封裝的電阻實(shí)現(xiàn)的分立方案PCB，而集成方案面積只有分立方案的10%，并且布線更加便捷。

*分立方案PCB

*集成方案PCB

綜上所述，分立方案擁有較高的自由度，客戶可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)用場合（如共模范圍、增益、功耗、帶寬等）進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最低的成本或最好的性能。但這對(duì)設(shè)計(jì)工程師提出了較高的要求，并且需要極端地提升成本來滿足性能的實(shí)現(xiàn)。

集成方案在合理的價(jià)格下實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀的性能，能滿足大部分情況下的電流精確檢測，實(shí)現(xiàn)了成本和性能的最優(yōu)折中。并且體積小，使用方便，可以最大程度地加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)。