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一种常用的电流检测电路

Release time：2024-03-12

author：AMEYA360

source：网络

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　　电流检测技术简介

　　电流检测技术常用于高压短路保护、电机控制、DC/DC换流器、系统功耗管理、二次电池的电流管理、蓄电池管理等电流检测等场景。对于大部分应用，都是通过间接测量电阻两端的压降来获取待测电路电流大小的，如下图所示。在要求不高的情况下，电流检测电路可以通过运放放大转换成电压，反推算负载的电流大小。

一种常用的电流检测电路

　　电流检测技术分类

　　测量电流时，电流检测技术分为高端检测和低端检测。将测量电阻放在电源与负载之间的这种测量方法称为高端检测。将测量电阻放在负载和接地端之间的这种测量方法称为低端电流检测。这两种用于感测负载中电流的方法如下图所示。

一种常用的电流检测电路

　　两种测量方法各有利弊。本文重点讲解低端电流检测技术。

　　低侧电流测量的优点

　　共模电压，即测量输入端的平均电压接近于零。这样更便于设计应用电路，也便于选择适合这种测量的器件;

　　低侧电流感测的缺点

　　采用电源接地端和负载/系统接地端时，感测电阻两端的压降会有所不同。如果其他电路以电源接地端为基准，可能会出现问题。为最大限度地避免此问题，存在交互的所有电路均应以同一接地端为基准。降低电流感测电阻值有助于尽量减小接地漂移。

　　设计电路或选择用于电流测量的器件时，低侧电流感测是最简单的方法。由于输入端的共模电压低，因此可使用差分放大器拓扑。下图给出了采用运算放大器(运放)的经典差分放大器拓扑，输入输出关系可由理想运放的基本性质(虚短虚断)来推导，此处不具体描述。

一种常用的电流检测电路

　　应用场景

　　由于电流感测电路测得的电压接近于地，因此在处理非常高的电压时、或者在电源电压可能易于出现尖峰或浪涌的应用中，优先选择这种方法测量电流。由于低侧电流感测能够抗高压尖峰干扰，并能监测高压系统中的电流，因此广泛应用于很多汽车、工业和电信应用中。

　　设计过程注意哪些问题

　　可以直接选用集成了增益设置电阻的电流检测放大器，从而可减少分立实现方案存在的诸多布局问题;

　　若采用分立器件搭建时，注意需要将R1 和R2 放在尽可能靠近运算放大器和电流感测电阻的位置。将这些元件放在靠近运放的位置后，运算放大器同相输入端出现噪声拾取的可能性会降低，同时对电流通过电阻器时的压降进行检测，需要从电阻器的两端引出用于检测电压的图案。电压检侧连接如下图右所示，建议从电阻器电极焊盘的内侧中心引出。这是因为电路基板的铜箔图案也具备微小的电阻值，需要避免铜箔图案的电阻值所造成的压降的影响。如果按照下图左所示，从电极焊盘的侧面引出电压检测图案，检测对象将是低电阻器电阻值加上铜箔图案电阻值的压降，无法正确地检测电流;

一种常用的电流检测电路

　　PCB Layout参考：

一种常用的电流检测电路

　　注意运放的选型，输入输出轨到轨运放便于信号完整的传输到输出端;

　　如果应用中存在容性负载，需要特别考虑运放的稳定性，以免出现振荡或严重的输出振铃现象。

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行业新闻

新一代电流传感器，趋向耐高压、高集成度

　　电流传感器称为电流互感器、电流变压器，主要作用是检测和测量电路中电流大小的设备，通过对电流的监测，确保系统的安全运行并提供必要的数据支持，具备电路保护、电流性能监测、高低压隔离等关键作用，还可以用于测量和控制电机的功率，确保设备的稳定运行。电流传感器可用于汽车、工业自动化、可再生能源、家用电器等各种电子设备和系统中。随着电子设备对耐高压、安全性和高集成度的要求，电流传感器也迎来迭代。在电动汽车上，电流传感器可以应用于电动机控制、电池管理、功率分配以及故障诊断等多个方面。当前，为了提升电动汽车的充电速率、提高能量效率、增加续航里程，越来越多的新能源汽车采用800V高压平台。这对电流传感器的性能也提出了更高的要求。由于800V高压平台涉及的电流测量范围较广，因此需要电流传感器要有更高的精度。同时高压快充应用的电流变化速度快，要求电流传感器要快速响应，实时监测和控制电流。更重要的是，需要耐高压。此前，为了达到隔离标准，电流传感器应用在800V电动车电池组和充电器等高压3类能源中会采用双重隔离屏障，例如基本(单一)隔离器件需要加入隔离放大器等额外的元件。迈来芯在近期推出了全新的电流传感器新品——MLX91220(5V)和MLX91221(3V)，并且获得了新安全认证UL/IEC 62368-1，可面向有更高电压隔离要求的系统。根据介绍，MLX91220(5V)和MLX91221(3V)具备增强隔离功能，无需额外的隔离屏障。其中，采用微型化的SOIC8窄体封装的基本隔离为715V，增强隔离为307V。SOIC16封装的基本隔离1415V，增强隔离707V。在其他性能方面，两款新品具有300 kHz的带宽，2微秒的短响应时间，并支持0~50A RMS的电流范围，支持精准测量、快速响应的应用需求。由于出色的增强隔离功能和精准的测量性能，迈来芯的MLX91220、MLX91221不仅适用于高压充电器，还能应用于汽车车载充电器(OBC)、DC/DC转换器、可再生能源逆变器、白色家电和机器人等。除了提升隔离性能，电流传感器还在集成度上不断迭代。例如纳芯微在近期推出的完全集成的高隔离电流传感器解决方案NSM2311。这款传感器以其独特的技术亮点和创新设计，吸引了广泛的关注。 NSM2311传感器采用了先进的集成技术，DIP-5封装设计，能够在紧凑的封装中提供高性能的电流检测，解决了传统的开环电流传感器模组体积大、成本高、精度不足等问题，更适用于储能、充电桩、电源(UPS)，以及小型驱动器等对产品尺寸有要求的应用。NSM2311 在性能方面，NSM2311具备超低原边阻抗100uΩ，通流能力达200A，6.9mm的爬电距离，耐受隔离耐压高达5000Vrms ，还有1358Vdc的基本绝缘工作电压、672Vdc的加强绝缘工作电压能力。电流传感器在现代电气系统中扮演着越来越重要的角色。随着技术的不断进步，迈来芯和纳芯微的新一代电流传感器，不仅提高了电流检测的准确性和可靠性，还通过其创新设计和高性能，满足了各种应用场景的需求。这些传感器的推出，将推动电气系统向更安全、更高效、更智能的方向发展。

2024-07-23 09:35 reading：870

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