电流检测常识

Gustavo Castro

电流测量在众多应用中至关重要，包括执行器控制、测试和测量、传感器调节和电能计量等。根据应用的不同，设计工程师必须确定检测和调节电路中流动电流的最佳方法1.当有多个选项可用时，就会出现问题。例如，在精密电流测量中，可以使用分立式运算放大器来构建跨阻放大器，或者使用许多集成放大器选项之一，那么哪种放大器最适合测量特定应用中的电流？

很明显，电流需要与所讨论的电路串联测量，并且应该在不增加负担的情况下进行。通常，电阻器等小型分流器件会导致产生小电压，在进一步操作之前需要放大和/或电平转换。分流器的电阻相对较低，以最大限度地减轻其负担，在某些情况下，还可以降低功耗。在任何情况下，它都带来了处理小电压的挑战。此外，分流器可能不接地，这意味着应以差分方式测量电压，并将其从可能的水平向下移动到不断变化的水平。根据应用的不同，电流水平可能会从阿安到几安培等许多数量级变化。为了简化选择过程，让我们回顾一些选项及其用例。

在电流路径上插入分流器（图1a）并使用运算放大器缓冲或放大它可能是最直接的方法，但它不提供任何电平转换。该方法可用于低侧电流检测。通过降低分流值和增加放大器增益，只需实现负载电压最小化（图 1b），但这通常会降低噪声和精度。将负载电压降至最低（尤其是涉及低电流时）的更好方法是跨阻放大器电路（TIA），也称为电流-电压转换器（或I-V转换器）。图1c显示了使用TIA相当于将分流器包裹在运算放大器周围，目的是将负载电压降低到几乎为零2.只要电流低于运算放大器的输出电流限值（通常在mA范围内），这就可以很好地工作。由于负载电压低且恒定，TIA通常用于测量光电二极管等传感器的电流输出，并获得极其精确的结果。TIA有时可能不切实际，例如当我们想要测量的电流不在负载的接地侧时。这是远程环路中的高端电流检测或电流测量的情况。仪表放大器（仪表放大器）是方便且高精度的设备，可以在这里使用（图 1d）。它们已成功用于许多高精度电流测量，包括4 mA至20 mA环路接收器、电能计量和传感器接口等。

图1.电流检测拓扑。

在某些情况下，分流器位于共模电压摆幅之上，可能超过传统放大器的电源范围，从而使系统过于昂贵（例如，需要隔离）。与仪表放大器不同，差动放大器和电流检测放大器IC在存在大换向共模电压的情况下进行电流测量。它们是经济高效且坚固耐用的选项，在电机和执行器控制中效果很好。

在开始新的电流检测设计之前，请考虑上述选项，并确保查看一些在线设计工具，例如光电二极管向导和仪表放大器的菱形绘图工具。光电二极管向导也可用于设计适当补偿的TIA，即使它不适合与光电二极管一起使用，假设传感器或电缆电容已知。菱形图工具可以根据分流器的工作范围立即显示仪表放大器的工作区域。或者访问EngineerZone，了解其他人做了什么。我希望这些选项能帮助您找出最适合您当前检测应用的选项。

审核编辑：郭婷