多种电流检测放大器应用电路设计详解

由于现代的精巧器件将更多的性能和功能集成到更小的封装，所以管理电子产品中的散热状况变得更为重要。即使是基站或服务器等“大型”项目也比它们以前的性能显著提高了。监视消耗的电流是管理散热状况的一个主要方法，而电流检测放大器(也称为电流分流监视器)有助于最大限度地提高您的测量准确度。图1是一个电流检测放大器的方框图。

图1：电流检测放大器方框图

电流检测放大器拥有独特的输入级，该输入级允许输入引脚处的共模电压远远超过器件的电源电压。此外，它们还集成了非常精确的低漂移增益电阻器网络，该网络能最大限度地实现可达到的准确度，同时允许小型并联电阻器。不过，从德州仪器的电流检测产品组合为您的应用选择最好的器件还需要进行一些别的分析。您需要作出的第一个决策是：您想在低侧测量还是在高侧测量。在低侧配置中，分流器在负载和接地之间。在高侧配置中，分流电阻器放置在电源和负载之间。这一决策促使共模电压成为关键器件规格之一。

在低侧实施方案中，V-是接地电压(0V)，V+只是跨接地以上分流器的小电压降，所以VCM基本上是0V(见图2)。因此，您的电流分流监测器必须在其共模电压范围内包括0V。早期的电流检测放大器(如INA138)在其共模电压范围内不包括0V，所以不能在低侧使用。较新型的器件(如INA199)具有从-0.3V至+26V的共模范围，可在低侧或高侧使用。

图2：低侧电流检测放大器方框图

系统负载

如果在高侧使用(如图3所示)，共模电压等于电源电压，因为V+连接到了该电轨。电流检测放大器的共模范围必须包括电源轨以及您需要作为因素计入的任何负载容限。例如，在许多24V汽车应用中，电流分流监视器需要适应高达72V的电压(作为共模电压)。正如笔者所提到的，INA210共模范围向上可扩展至26V，而且似乎具备必要条件，能成为适合24V应用的出色解决方案;但如果有法规要求容限超过26V，那就不可能。在那种情况下，像INA282(其共模电压范围从-16V至+80V)这样的器件就值得考虑了。

图3：高侧电流检测放大器方框图

差分放大器

您需要考虑的最后器件选择标准是方向性。如图4所示，在许多应用中，电流可能双向流动;负载可吸入电流或输出电流。这方面的例子包括电机控制和电池管理。只能监视单向电流流动的电流检测放大器被称为单向电流检测放大器，INA193就是一个例子;能检测双向电流流动的电流检测放大器被称为双向电流检测放大器，INA225就是一个很好的例子。

为了确定电流正在哪个方向流动，模拟电流检测放大器必须有一个附加的输入引脚来将输出电压范围划分为系统吸入电流或系统输出电流。在数字输出器件(如 INA226)上，参考电压(VREF)功能是该器件内部的功能，一个二进制补码输出用于“负”电流流动。如果两个方向的电流流量相等，那么VREF引脚应连接在满量程输出范围的中点。另一方面，如果一个方向的电流流量和另一个方向的电流流量不相等，您可能需要调整VREF输入，以匹配跨满量程输出范围的这个比例。

图4：双向电流检测放大器方框图

系统输出电流

已熟悉低侧和高侧监视的概念以及在这两种工作方法之间的决策如何影响电流检测放大器所需的共模电压范围。