一個高端電流檢測方案

隨著過去傳統的“開環”系統被智能和高效率“閉環”設計所取代，準確的電流檢測在多種應用中變得越來越重要。常見的電流檢測方法，需要將檢流電阻串聯進被測電流通路，再用放大電路放大檢流電阻上的壓降。這個放大電路常被稱之為電流檢測放大器，其越來越被廣泛地運用于汽車、通信、消費電子等領域。

分立方案

集成方案

對于電流檢測放大器電路設計

目前主要可以分為

分立方案以及集成方案

下面小編

主要為大家梳理比較一下

分立及集成方案的特點

基礎知識

01

分立運放搭建的差分放大器方案

這是一個分立運放搭建的差分放大器（下文簡稱為分立方案）

增益

當滿足

02

集成的電流檢測放大器方案

另一種選擇是集成的電流檢測放大器（下文簡稱為集成方案）

可見，分立方案和集成方案都可以實現電流檢測。但在一些高精度的場合，我們建議使用集成的電流檢測放大器，因為常規的分立方案需要格外注意電阻的匹配性。

方案對比

01

電阻失配引起的誤差

如前述，分立方案要求

但現實中，電阻的失配不可避免。我們假設實際的電阻存在失配度ε，且滿足

從而可得：

顯然，輸出電壓里疊加了額外的誤差。

為了更直觀地說明這個問題，我們用一款高性能運放實際搭建了一個差分放大器，分別使用了4個隨機挑選的0.1%電阻和精心選擇的0.1%電阻。下圖是這個放大器使用10mΩ的檢流電阻檢測1A電流時，在不同總線下的電壓輸出情況。

*分立方案與集成方案在不同總線電壓下的誤差

可見，隨機挑選的0.1%電阻，實際ε=0.041%，在12V總線上產生了近0.4%的誤差。

為了提升精度，精心挑選電阻實現ε=0.0048%，總線12V時誤差僅有0.05%，能夠滿足絕大部分運用場合。而一款高性能的集成電流檢測放大器通常可以實現相近甚至更高的精度。

02

溫度變化引起的誤差

另一方面，如果產品的使用環境有較大溫度變化，分立方案還需要考慮電阻溫漂帶來的誤差。

我們對上述ε=0.0048%的電路進行溫度性能的測試，實際使用的電阻擁有25ppm溫度系數。

從下圖可以看到，分立方案的整體溫漂為36.24ppm/℃，在全溫度范圍內誤差的變動將近0.6%。與之相對應的，高性能的集成電流檢測放大器往往能實現更小的溫漂。

*分立方案與集成方案在不同總線電壓下的誤差

可以預見，如果使用精度更高、溫度特性更好的電阻，分立方案可以實現優于集成方案的性能，但也會極大地提升物料成本。

03

PCB設計

下圖是使用SOT23-5小封裝運放和4個0603封裝的電阻實現的分立方案PCB，而集成方案面積只有分立方案的10%，并且布線更加便捷。

*分立方案PCB

*集成方案PCB

綜上所述，分立方案擁有較高的自由度，客戶可以根據實際運用場合（如共模范圍、增益、功耗、帶寬等）進行定制設計，以實現最低的成本或最好的性能。但這對設計工程師提出了較高的要求，并且需要極端地提升成本來滿足性能的實現。

集成方案在合理的價格下實現了優秀的性能，能滿足大部分情況下的電流精確檢測，實現了成本和性能的最優折中。并且體積小，使用方便，可以最大程度地加速產品設計。