如何為成本敏感型應用設計低側(cè)電流感應電路？

需要控制電機的應用通常包含某種類型的電流感應電路。感應通過電機電流的能力可以幫助設計師根據(jù)電機電流狀態(tài)做出如速度之類的調(diào)整。

例如，在無人機的應用中，每個控制螺旋槳的電機通常使用低側(cè)電流感應電路，操控無人機在空中行進、停留或上升。在鉆機和往復鋸等電動工具中，低側(cè)電流感應根據(jù)用戶按動扳機的力度來控制工具的速度。這些產(chǎn)品通常需要成本敏感型設計，因為這些產(chǎn)品面對消費者市場。在這篇博文中，我將介紹如何為成本敏感型應用設計低側(cè)電流感應電路。

在設計低側(cè)電流感應電路時，高性價比的方法之一是使用非反相配置運算放大器（op amp）。圖1是使用運算放大器的典型低側(cè)電流感應電路原理圖。

圖1：低側(cè)電流感應原理圖

公式1用于計算圖1中的電流傳遞函數(shù)：


其中 。

圖1中所示的低側(cè)電流感應電路設計過程分為三個簡單的步驟：

1.計算最大分流電阻。當來自負載（ILOAD）的電流流過分流電阻器（RSHUNT）時，分流電阻器上會形成一個電壓電位（VSHUNT）。VSHUNT被視為系統(tǒng)負載的“接地端”。因此，建議將VSHUN的最大負載電流保持在100mV以下，以避免在與其它具有真正0V接地的系統(tǒng)連接時出現(xiàn)問題。公式2用于計算RSHUNT值：


2.計算放大器的增益。運算放大器放大VSHUNT以產(chǎn)生VOUT_MIN到VOUT_MAX的輸出電壓擺幅，其中VOUT_MIN 和VOUT_MAX分別是放大器的最小和最大輸出擺幅極限。公式3用于計算放大器產(chǎn)生所需的輸出擺幅的增益：



公式4用于計算放大器反饋網(wǎng)絡中的電阻RF和RG的大小，以此來設置公式3中計算出的增益：



3.選擇運算放大器。在低側(cè)電流感應應用中，如果電流是雙向的，共模電壓可以處于或低于地電位；因此，放大器的輸入共模電壓范圍必須處于或低于地電位。TLV9062是一款高性能通用放大器，專為成本敏感型的應用而設計，其輸入共模電壓范圍可低至地電位。

TLV906x系列高性能通用放大器可用于成本敏感型的低側(cè)電流感應系統(tǒng)，因為其增益帶寬（10MHz）、壓擺率（6.5V/μs）、偏移電壓（0.3mV）以及輸入共模電壓范圍為負電源電壓以下100mV。表1列出了一些TLV906x系列的技術(shù)參數(shù)。


參數(shù)規(guī)格電源電壓范圍((V+)-(V-))1.8V至5.5V靜態(tài)電流538μA增益帶寬積(GBP)10MHz輸入電壓噪聲10nV/√Hz壓擺率6.5V/μs偏移電壓0.3mV輸入偏置流0.5pA輸入共模電壓(V-)-100mV至(V+)+100mV

圖2顯示了0A至0.5A低側(cè)電流感應電路的最終組件值，其計算請參照上述步驟1至3。

圖 2：0A至0.5A的低側(cè)電流感應原理圖

諸如無人機和電動工具等應用需要成本敏感型的低側(cè)電流感應解決方案來控制電機。在這篇文章中，我將電路設計簡化為三個簡單步驟：確定最大分流電阻，計算產(chǎn)生最大輸出擺幅的放大器增益以及選擇放大器。在下一篇文章中，我將討論如何為低側(cè)電流感應電路設計印刷電路板（PCB）。