高端电流检测的原理和电路 - EEWorld

高端电流检测的原理和电路 - EEWorld http://news.eeworld.com.cn/n/20060507/1925.shtml 第1页 共3页 2007-6-13 14:46 首页 新闻 新品 应用 社区 器件 电路 您的位置：首页 -> 测试/测量 -> 正文 高端电流检测的原理和电路 2006.05.07 Maxim公司Gert N.Helles　来自：电子产品世界 摘要：本文介绍低端、高端检流电路的结构和它们的应用。 关键词：电流检测 限流 电流测量技术具有极为广泛的应用，许多系统中都需要检测流入、流出电流的大小。例如， 电流保护/电流监测设 备、4-20mA电流环系统、 可编程电流源、线性/开 关模式电源、以及需要掌 握流入流出电流比例的充 电器或电池电量计量器。 由于很多应用是便携式 的，因此电流检测电路还 必须具有小体积、低功耗 的特性。 高端/低端检流电路 低端检流电路的检流 电阻串联到地(图1），而 高端检流电路的检流电阻 是串联到高电压端(图 2）。两种方法各有特 点：低端检流方式在地线 回路中增加了额外的电 阻，高端检流方式则要处 理较大的共模信号。 图1所示的低端检流 运放以地电平作为参考电 平，检流电阻接在正相 端。 运放的输入信号中的共模信号范围为：(GND-RSENSE*ILOAD）。尽管低端检流电路比较 简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利用高 端检流电路则可解决这些问题。 高端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措 施，特别适合于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。 传统高端检流电路 传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。高端 检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运 放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地(图3）： VO=IRS*RS； R1=R2=R3=R4 该方案已广 泛应用于实际系 统中，但该电路 存在三个主要缺 点： 1）输入电阻 相对较低，等于 R1； 2）输入端的输入电阻一般有较大的误差值； 3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR。任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR 降低到46dB；0.1%的变化使CMRR达到66dB，0.01%的变化使CMRR达到86dB。高端电流检测需要 较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。而低端电流检测技术似乎并没有相应 的进展。 采用集成差分运放实现高端电流检测 搜索 一周热点 英特尔称主板飞线很正常1. 今年电子百强排名详情：华为 海尔利润列前二 2. 磁珠及其在开关电源中的应用3. IBM暗指英特尔已无法提升处 理器主频 4. 美国政府禁止使用高通芯片手 机进入本国市场 5. 龙芯盒子新品将采用最新2F处 理器 6. 电容式触摸传感器的提升应用 设计 7. 5月份台积电联电收入下滑 芯 片市场开始回暖 8. NEC电子启动全方位大学合作 活动，助力中国电子行业发展 9. AMD开始进军UMPC处理器市场10. 　电子技术应用专业网站 　中国电子学会　　协办 嵌入式系统 | 控制技术 | DSP | 电源管理 | RF/无线 | 网络/通信 | Google 提供的广告 planar 电致发光 (EL)显示器 具有宽温,防震,防潮, 显示快速等优点. 应 用:工业控制,国防设 备,运输通信等. www.planar.com.cn 高端电流检测的原理和电路 - EEWorld http://news.eeworld.com.cn/n/20060507/1925.shtml 第2页 共3页 2007-6-13 14:46 采用差分运放进行高端电流检测的电路更便于使用，因为近期推出了许多种集成电路解 决方案。集成电路内部包括一个精密运放和匹配度很好的电阻，CMRR高达105dB左右。 MAX4198/99就是这样的产品，它的CMRR为110dB，增益误差优于0.01%，而且采用小体积的8引 脚mMAX封装。 专用高端检流电路内部包含了 完成高端电流检测的所有功能单 元，可在高达32V的共模电压下检 测高端电流，并提供与之成比例 的、以地电平为参考点的电流输 出。需要对电流做精确测量和控制 的应用，如电源管理和电池充电控 制，都适合采用这种方案。 MAXIM的高端检流运放中所使 用的检流电阻放置在电源的高端和 被检测电路的电源输入端之间，检 流电阻放在高端不给地线回路增加 额外阻抗，这项技术提高了整个电 路的性能并简化了布版要求。 MAXIM推出了一系列双向或单向电 流检测IC，有些双向电流检测IC内 置检流电阻，可检测流入或流出被 检电路的电流大小并通过一个极性 指示引脚显示电流方向。增益可调 的电流检测IC、固定增益（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）电流检测芯片或包括单双比较器的 固定增益电流检测IC，都采用小体积封装，如SOT23，可满足对尺寸要求苛刻的应用。图4是 用MAX4173构成的高端电流检测电路。 图中输出电压与检流电阻的关系式为： Vo=RGD*(Iload*Rsense)/RG1)*b式中b为镜像电流系数 上式可进一步简化为: Vo=Gain*Rsense*Iload;Gain= b*RGD/RG1 Gain分别为：20(MAX4173T)，50(MAX4173F)，100(MAX4173H). 通过以上计算公式可看出，CMRR由内部集成检流电路的工艺决定(典型值>90dB），不再 受外部电阻的影响。 采用集成检流电路有以下优 点： 1、器件的一致性好 2、极好的温漂特性 3、体积小 4、低功耗 5、使用方便 选择检流电阻的注意事项 检流电阻RSENSE应根据以下几 条原则进行选择： 1、电压损耗：检流电阻阻值过 大会引起电源电压以IR的数值降 低。为了减少电压损耗，应选用小阻值的检流电阻。 2、精度：较大的检流电阻可以获得更高的小电流的测量精度。这是因为检流电阻上的电 压越大，运放的失调电压和输入偏置电流的影响就相对越小。 3、效率和功耗：当电流较大时，RSENSE上的功耗I2R就不能忽略。在考虑检流电阻和功 耗时，需要注意这一点。如果允许检流电阻发热，则电阻阻值可大一些。 4、电感：如果ISENSE包含大量高频成分，则检流电阻的电感量要很小。线绕电阻的电感 最大，金属膜电阻比较好。 5、成本：如果合适的检流电阻的价格太高，则可采用另一种替代方案(图5）。它采用电 路板的印制线作为检流电阻。由于印制板铜线“电阻”并不精确，电路里需要一个电位器调 节满量程电流值。另外，铜线的温漂较大(大约为0.4%/℃），在宽温度范围下工作的系统需 要考虑这一点。 关于我们 - 广告合作 - 联系方式 - 给我们建议 - 器件索引 北京集成电路设计园　量子银座506室　电话:(010)82350740 电子工程世界 版权所有 京ICP证 060456 Copyright © 2005-2007 EEWorld.com.cn, Inc. All rights reserved 高端电流检测的原理和电路 - EEWorld http://news.eeworld.com.cn/n/20060507/1925.shtml 第3页 共3页 2007-6-13 14:46 可调节的线性电流源 可调节线性电流源(图6)是利用高端电流检测器构成的一个典型应用电路，IC1将R1电流 转换成相应比例的电压信号，控制稳压芯片IC2产生一个稳定的输出电流，D/A转换器可以提 供IOUT的数字控制。要达到12 BIT精度(60mA每LSB)的要求，可使用并行接口的MAX530或串行 接口的MAX531。10 BIT精度(250mA每LSB)，则可使用并行接口的MAX503或串行接口的 MAX504。