电流感应放大器基础，它的类型和设计指南

2020年6月8日 - 0评论

电流检测放大器是特殊的放大器，其输出与电源导轨中流动的电流成比例的电压。电流读出放大器也被称为电流分流器放大器因为它在电源轨上使用分流电阻，当电流流过电阻时提供一个小的电压降。电压降被电流检测放大器转换和放大为小的输出电压。你也可以退房ACS712，这也用于测量电流，但使用基于不同的霍尔效应的传感器。

这些放大器是为特殊目的而设计的，因此放大器可以通过分流电阻放大非常小的检测电压，通常在10到100 mV范围内。电流检测放大器是为直流精度(例如低输入偏置电压)和高共模抑制比(CMRR)。电流检测放大器可以测量单一方向的电流流动，也可以测量通过的两个方向的电流流动检测电阻．在这种情况下，如果放大器能够检测两个方向上的电流，则调用双向电流检测放大器．

在本文中，我们将评估不同的电流感应放大器的类型使用示例电路。

电流检测放大器与普通放大器的区别

普通放大器和电流检测放大器有不同的规格，它们是为特定的东西而制造的。运算放大器有很多种类型，你可以通过阅读本文来了解常用运放IC及其应用．普通的放大器不能放大非常小的电压低CMRR．另一方面，精密电流检测放大器可以检测和放大非常少量的电压，并且CMRR相对较高。

对于普通差动功放或标准运算功放，电源连接在两个电源轨(Vcc和Vee)之间，功放只能对位于电源轨后或有共同接地路径的信号工作。如果外部电压被加到标准放大器的输入管脚上，使用的电源轨的外部电压可能触发内部ESD保护二极管，并可能导致大电流流动。

但是，电流检测放大器的设计方式，尽管低压电源轨(如Vcc = 3.3 V和V= 0V），放大器能承受更高的引脚电压吗比提供的VCC。放大器使用优异的功率路径协议因其操作。当输入电压低于VCC时，放大器改变其输入电源并从输入电压供电。

共模电压和共模抑制比

共模电压是正常放大器和电流检测放大器的重要参数。共模电压是在放大器的两个输入上施加的平均电压。此电压非常重要，因为OP-AMP具有有限的能力来利用基于共模电压来分化和产生输出。正常的OP-AMP支持小范围的共模电压，该电压不适用于精密电平电流检测操作。但在电流读出放大器的情况下，共模电压范围比放大器的实际电源电压宽得多。例如，在电流检测放大器的情况下，INA240能够在低至2.7 V的电源上运行的同时支持-4 V至+80 V之间的共模电压。

另一方面，CMRR，共模抑制比（CMRR）是差分增益的比率和共模增益。在理想的OP-AMP的情况下，CMRR是无限的，但在实用电路中，它通常为80至100 dB。高CMRR表示共模信号的反映测量值。因此，对于电流读出放大器，它是一个重要的参数，因为它将反映输出的非常低的共模信号，从而产生打开广泛电流传感能力的可能性。电流检测放大器具有高CMRR，它可以感测小的共模信号。CMRR还负责降低电流检测线上的噪声。

如何使用电流检测放大器IC设计电路

假设使用12V 1A线的设计，其中需要使用高电流传感电路。在这种情况下，电流检测电路可以使用目前感觉放大器．但在进行电路之前，需要为此目的选择一个电流检测放大器。

由于最大额定电流为1A，且没有指定的负载，因此需要选择一种工作于12V电源且能检测超过额定电流1A的电流检测放大器。如前所述，需要为低级别或高级别选择一些内容。在这种情况下，高边电流传感可用来检测故障或适当的短路情况。然而，低侧电流传感也可以工作。我们将在本文后面讨论两者之间的区别。

由于负载可能是电容性的或电感性的，可能会发生涌流，因此一个低值电阻可以与专用的电流检测放大器一起使用。对于这个电路,LT6108可在2.7V至60V范围内使用。该放大器的CMRR也很高，可达125dB。因此，该放大器可以工作在12V电源以及它可以检测非常低的电流流。

电流检测放大器电路

以上电流检测放大器电路是使用LT6108构建的。0.1欧姆电阻器是感应电阻器，它可以在流过电阻器的电流中产生电压降。另一方面IRF9640开关MOSFET是由2 n2700MOSFET。放大器可以关闭开关MOSFET预设值。在上述电路中，跨越250mA产生一个跳闸点。因此，如果通过电阻的电流超过250mA，放大器将关闭负载MOSFET。然而，对于1A以上的跳闸电压，目标值可以由电流检测放大器的INC管脚上的电压分压器设定。电流检测放大器的OUTA引脚的Vout可以用来检查通过电流检测电阻的额定电流。

上述电路也可以使用另一个电流检测放大器，该放大器使用超过12V的宽范围电源电压，并可以接受输入，而不管电源电压。

应用电路电流传感IC的类型

低侧电流检测

如前所述，使用分流电阻来感测电流，并且取决于分流电阻器放置，电流感测技术变化。低侧电流测量使用。由此，以这样的方式创建有源负载的GND路径，每当负载电流返回到GND时，它总是流过分流电阻器。在下面的图像中，示出了低侧电流测量电路。

低侧电流检测电路

上述电路是低侧电流检测技术的实际示例。左侧图像使用INA181Current读出放大器从德州仪器和提供输出到ADC，将提供数据在I2C协议。右边的图像使用的是AD8202电流检测放大器从模拟设备。它是感应负载的低侧电流。

优点:

低侧电流测量的优点是，它是简单的实现，因为电流分流电阻的检测电压是在GND参考。在这种配置中，由于分流电阻上的电压降很小，可以使用低压电流检测放大器。此外，由于低感知电压，共模抑制可以忽略。

缺点：

低侧电流测量的主要缺点是负载从地面引用偏移。这是由于在接地平面中的分流电阻的串联放置。由于损坏的地面参考，这种情况在负载和地面之间的短路情况下，由于分流电阻不能通过负载电路检测非常高的电流。

高侧电流检测

与低侧电流检测一样，高侧电流测量使用相同的分流电阻，但需要放置在电源和主动负载之间．在下面的图片中，高电流检测放大器电路显示。

高边电流检测电路

上述电路是高边电流传感技术的实际应用实例。左边的图像正在使用INA240从德州仪器和提供输出到ADC，将提供数据在I2C协议。右边的图像正在使用LT6100.从模拟设备。它是感应高侧电流随着一个负载的熔断器。

优点:

高边电流测量比低边电流测量有两个优点。首先，它克服了低侧电流检测无法检测负载与地短路的缺点。由于在功率平面上放置了一个分流电阻，它可以很容易地检测负载和接地的短路。

第二，在这个电路中，负载被放置在一个合适的参考地，分流电阻的差分输入可以检测准确的负载电流，如果使用ADC转换，不需要额外的努力。

缺点：

但是高侧电流测量技术要求高共模抑制，因为在分流电阻上形成的小电压低于负载电源电压。

双向电流意义

双向电流检测电路使用一个简单的分流电阻，但放大器需要有能力检测宽范围的共模电压。双向电流检测技术比低侧和高侧检测稍微复杂一些。有不同的方法感觉双向电流．在某些情况下，如上图中有两个电流感应放大器INA300连接的方式将通过电流检测放大器检测到两种方式的电流流。电路要求反极性保护以及开关技术，该技术将根据电路的极性开关放大器输出。

检测双向电流的其他方式是使用输入电压进行参考，然后放大器对感测电阻的液位电压感测，并将其与参考电压进行比较。如果下降电压高于已知的参考电压，则在一个方向上，同时在已知的参考电压以下下降电压呈相反方向。