干货 | 两种电流检测电路设计方案

对于大部分应用，都是通过感测电阻两端的压降测量电流。电路检测电路常用于：高压短路保护、电机控制、DC/DC换流器、系统功耗管理、二次电池的电流管理、蓄电池管理等电流检测等场景。

一般使用电流通过时的压降为数十mV～数百mV的电阻值，电流检测用低电阻器使用数Ω以下的较小电阻值；检测数十A的大电流时需要数mΩ的极小电阻值，因此，以小电阻值见长的金属板型和金属箔型低电阻器比较常用，而小电流是通过数百mΩ～数Ω的较大电阻值进行检测。

测量电流时，通常会将电阻放在电路中的两个位置。第一个位置是放在电源与负载之间。这种测量方法称为高侧感测。通常放置感测电阻的第二个位置是放在负载和接地端之间。这种电流感测方法称为低侧电流感测。

低端检流电路的检流电阻串联到地，而高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端。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线绕电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号。

如图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。低侧电流感测的主要缺点是采用电源接地端和负载、系统接地端时，感测电阻两端的压降会有所不同。如果其他电路以电源接地端为基准，可能会出现问题。为最大限度地避免此问题，存在交互的所有电路均应以同一接地端为基准，降低电流感测电阻值有助于尽量减小接地漂。

如上图，如果图中运放的GND引脚以RSENSE的正端为基准，那么其共模输入范围必须覆盖至零以下，也就是GND- (RSENSE × ILOAD)。Rsensor将地(GND)隔开了。

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。随着大量包含高精度放大器和精密匹配电阻的IC的推出，在高边电流测量中使用差分放大器变得非常方便。高边检测带动了电流检测IC的发展，降低了由分立器件带来的参数变化、器件数目太多等问题，集成电路方便了我们使用。

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(如图)：

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：

输入电阻相对较低，等于R1；

输入端的输入电阻一般有较大的误差值；

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。

来源：微信公众号硬件工程师

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