當(dāng)代電子系統(tǒng)中的電源管理可以通過(guò)高效的電源分配優(yōu)化系統(tǒng)效率。電流檢測(cè)是電源管理的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不僅有助于保持理想的電壓等級(jí)，而且能通過(guò)提供伺服調(diào)整保持電子系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，同時(shí)還能防止發(fā)生電路故障和電池過(guò)度放電。

電流的檢測(cè)有兩種基本的方案。一種是測(cè)量電流流過(guò)的導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)，另一種是在電流路徑中插入一個(gè)小電阻，然后測(cè)量電阻上的壓降。第一種方法不會(huì)引起干擾或引入插損，但成本相對(duì)比較昂貴，而且容易產(chǎn)生非線性效應(yīng)和溫度系數(shù)誤差。因此磁場(chǎng)檢測(cè)方法通常局限于能夠承受與無(wú)插損相關(guān)的較高成本的應(yīng)用。

本文主要討論半導(dǎo)體行業(yè)中已經(jīng)得到應(yīng)用的電阻檢測(cè)技術(shù)，它能為各種應(yīng)用提供精確且高性價(jià)比的直流電流測(cè)量結(jié)果。本文還介紹了高邊和低邊檢測(cè)原理，并通過(guò)實(shí)際例子幫助設(shè)計(jì)師選擇適合自己應(yīng)用的最佳方法。

電阻檢測(cè)

在電流路徑中以串聯(lián)的方式插入一個(gè)低阻值的檢測(cè)電阻會(huì)形成一個(gè)小的電壓降，該壓降可被放大從而被當(dāng)作一個(gè)正比于電流的信號(hào)。然而，根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和檢測(cè)電阻的位置，這種技術(shù)將對(duì)檢測(cè)放大器造成不同的挑戰(zhàn)。

比如將檢測(cè)電阻放在負(fù)載和電路地之間，那么該電阻上形成的壓降可以用簡(jiǎn)單的運(yùn)放進(jìn)行放大(見(jiàn)圖1B)。這種方法被稱為低邊電流檢測(cè)，與之相對(duì)應(yīng)的方法為高邊檢測(cè)，即檢測(cè)電阻放在電源和負(fù)載之間(見(jiàn)圖1A)。
 

圖1：上面簡(jiǎn)化的框圖描述了一種基本的高邊檢測(cè)電路(圖1A)和一種基本的低邊檢測(cè)電路(圖1B)。

檢測(cè)電阻值應(yīng)盡可能低，以保持功耗可控，但也要足夠大，以便產(chǎn)生能被檢測(cè)放大器檢測(cè)到并在目標(biāo)精度內(nèi)的電壓。值得注意的是，在檢測(cè)電阻上得到的這種差分檢測(cè)信號(hào)寄生在一個(gè)共模電壓上，這個(gè)共模電壓對(duì)低邊檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)接近地電平(0V)，但對(duì)高邊檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)就接近電源電壓。這樣，測(cè)量放大器的輸入共模電壓范圍對(duì)低邊方案來(lái)說(shuō)應(yīng)包含地，對(duì)高邊方案來(lái)說(shuō)應(yīng)包含電源電壓。

由于低邊檢測(cè)時(shí)的共模電壓接近地電平，因此電流檢測(cè)電壓可以用一個(gè)低成本、低電壓的運(yùn)放進(jìn)行放大。低邊電流檢測(cè)簡(jiǎn)單且成本低，但許多應(yīng)用不能容忍由于檢測(cè)電阻引入的地線干擾。較高的負(fù)載電流會(huì)使問(wèn)題更加嚴(yán)重，因?yàn)橄到y(tǒng)中地電平被低邊電流檢測(cè)偏移的某個(gè)模塊可能需要與地電位沒(méi)變的其他模塊進(jìn)行通信。

為了更好地理解這個(gè)問(wèn)題，可以看一下圖2中采用低邊電流檢測(cè)技術(shù)的“智能電池”充電器，其中AC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出連接到了“2線”智能電池。

圖2：采用低邊電流檢測(cè)技術(shù)的“智能電池”。

這種電池通常采用單線來(lái)傳遞指示電池狀態(tài)的電池細(xì)節(jié)信息，還有一根線用于溫度測(cè)量，出于安全的原因，這根線與負(fù)極和正極端子是隔離的。為了檢測(cè)電池溫度，電池通常內(nèi)置一個(gè)熱敏電阻，由該電阻提供正比于電池負(fù)極電壓的輸出信號(hào)。