車載應用中的電流檢測

　　要求電流檢測的車載應用

　　車載應用中的電流檢測包括控制通過螺線管和噴射器的電流。例如，在柴油噴射時，我們用48V 或更高的電壓迅速地將感應噴射器的電流提高到20 安培。一旦達到20A，電流檢測電路就會向控制電路提供反饋信號，以保持噴射器電流為20A 不變。

　　電流檢測通常可增強重要的性能或特性。電動車窗系統是展示電流檢測技術優勢的一個很好的例子。由于馬達扭矩與電流成正比，因此馬達在扭矩過大的情況下就會停止工作，比方說人的胳膊卡在電動車窗上，或者機械系統發生故障時，馬達都會停止工作。

　　電流檢測的方法

　　負載或電源的低壓側或高壓側都可進行電流檢測。共模電壓是指分路(shunt) 上的電壓（不是分路上的差分電壓），在低壓側檢測為零伏。低壓側檢測最簡單，可采用最基本的放大器電路。低壓側檢測的難點在于：低壓側檢測會影響系統的接地端，可能還需要增加更多的線路，而且這種作法通常不利于故障診斷。

　　圖1 中的高壓側分路放大器可檢測很高的電源電壓上極低的差分電壓(通常為100mV 或更低)，通常在車載應用中為13.8V。不過，如果為無限制的(unconditioned) 電池線路，那么會受瞬變影響：如果無意中將電池方向放錯就會出現–13.5V 的情況，如果出現負載突降或感應反沖，那么最大瞬變可達72V。不妨設想，放大器通常采用5～12V 的單電源供電（5V 的電源供電日益常見），這就需要放大器的輸入引腳連接到共模電位，大大超過了放大器電源軌的限制。

　　圖1 在高壓側電流檢測中，共模電壓是主要問題

　　老式分路檢測電路基于差動放大器，即周圍帶四個電阻來設置增益并提供差動輸入的運算放大器(operation amplifier)。這些電阻使運算放大器能接受超過其電源軌的共模電壓。不過，這也會帶來下面一些負面問題：一是電路必須配置為衰減器，在隨后的運算放大器級中恢復增益，如圖2A 中的IC 結構圖所示，運算放大器的增益會成倍增大第一個放大器的偏置和漂移量，從而降低整體性能。二是采用高共模電壓差動放大器要增加電阻網絡，以使之在仍然只提供單位增益的同時能夠接受較高的共模電壓。高共模差動放大器帶來的影響在于：運算放大器的噪聲增益與共模衰減成正比，如圖2B 所示的差動放大器結構采用了20:1 的內部共模衰減，此舉使放大器的偏置、漂移和噪聲都比運算放大器本身擴大了20 倍。此外，較大的輸入電阻也會造成較高的噪聲。

　　圖2 可用于車載電流檢測的電阻型高共模電壓差動放大器

　　電流分路監控器是專門用于分路電流檢測的高共模電壓差動放大器，能夠解決電阻型差動放大器的局限性。電流分路監控器與差動放大器相比的主要區別在于：其共模電壓功能通常只擴展到正電壓，而一些電流分路監控器允許共模接地。這會造成更多的衍生情況，我們隨后還要談到。共模電壓功能也允許擴展到負電壓。電流分路監控器從一開始設計時就是以單電源電壓工作的，通常最低電壓可達2.7V。圖3 顯示了兩類電流分路監控器，分為電流輸出型分路監控器和電壓輸出型分路監控器。電流輸出型分路監控器通常靜態電流較低，需要外部輸出電阻，從而使終端用戶能夠設定增益。電壓輸出器件采用固定增益且不需要其他組件。