常見的6種電流檢測電路設計方案

01低端檢流電路的檢流電阻串聯(lián)到地（圖1），而高端檢流電路的檢流電阻是串聯(lián)到高電壓端（圖2）。兩種方法各有特點：低端檢流方式在地線回路中增加了額外的線繞電阻，高端檢流方式則要處理較大的共模信號。

圖1 所示的低端檢流運放以地電平作為參考電平，檢流電阻接在正相端。運放的輸入信號中的共模信號范圍為：（GNDRSENSE*ILOAD）。盡管低端檢流電路比較簡單，但有幾種故障狀態(tài)是低端檢流電路檢測不到的，這會使負載處于危險的情況，利用高端檢流電路則可解決這些問題。

高端檢流電路直接連到電源端，能夠檢測到后續(xù)回路的任何故障并采取相應的保護措施，特別適合于自動控制應用領域，因為在這些應用電路中通常采用機殼作為參考地。

02傳統(tǒng)的高端/低端檢流方式有多種實現(xiàn)方案，絕大多數(shù)基于分立或半分立元件電路。高端檢流電路通常需要用一個精密運放和一些精密電阻電容，最常用的高端檢流電路采用差分運放做增益放大并將信號電平從高端移位到參考地（圖3）：

VO=IRS*RS;R1=R2=R3=R4

該方案已廣泛應用于實際系統(tǒng)中，但該電路存在三個主要缺點：

1）輸入電阻相對較低，等于R1;

2）輸入端的輸入電阻一般有較大的誤差值；

3）要求電阻的匹配度要高，以保證可接受的CMRR.任何一個電阻產(chǎn)生1%變化就會使CMRR 降低到46dB;0.1%的變化使CMRR 達到66dB，0.01%的變化使CMRR 達到86dB.高端電流檢測需要較高的測量技巧，這促進了高端檢流集成電路的發(fā)展。而低端電流檢測技術似乎并沒有相應的進展。

03采用集成差分運放實現(xiàn)高端電流檢測

采用差分運放進行高端電流檢測的電路更便于使用，因為近期推出了許多種集成電路解決方案。集成電路內(nèi)部包括一個精密運放和匹配度很好的電阻，CMRR 高達105dB 左右。MAX4198/99 就是這樣的產(chǎn)品，它的CMRR 為110dB，增益誤差優(yōu)于0.01%，而且采用小體積的8 引腳mMAX 封裝。

專用高端檢流電路內(nèi)部包含了完成高端電流檢測的所有功能單元，可在高達32V 的共模電壓下檢測高端電流，并提供與之成比例的、以地電平為參考點的電流輸出。需要對電流做精確測量和控制的應用，如電源管理和電池充電控制，都適合采用這種方案。

MAXIM 的高端檢流運放中所使用的檢流電阻放置在電源的高端和被檢測電路的電源輸入端之間，檢流電阻放在高端不給地線回路增加額外阻抗，這項技術提高了整個電路的性能并簡化了布版要求。

MAXIM 推出了一系列雙向或單向電流檢測IC，有些雙向電流檢測IC 內(nèi)置檢流電阻，可檢測流入或流出被檢電路的電流大小并通過一個極性指示引腳顯示電流方向。增益可調(diào)的電流檢測IC、固定增益（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）電流檢測芯片或包括單雙比較器的固定增益電流檢測IC，都采用小體積封裝，如SOT23，可滿足對尺寸要求苛刻的應用。圖4 是用MAX4173 構成的高端電流檢測電路。

圖中輸出電壓與檢流電阻的關系式為：

o=RGD*（Iload*Rsense）/RG1）

*b 式中b 為鏡像電流系數(shù)

上式可進一步簡化為：

Vo=“Gain”*Rsense*Iload;Gain= b*RGD/RG1

Gain 分別為：20（MAX4173T），50（MAX4173F），100（MAX4173H）。

通過以上計算公式可看出，CMRR 由內(nèi)部集成檢流電路的工藝決定（典型值》90dB），不再受外部電阻的影響。

采用集成檢流電路有以下優(yōu)點：

1、器件的一致性好

2、極好的溫漂特性

3、體積小

4、低功耗

5、使用方便

選擇檢流電阻的注意事項

檢流電阻RSENSE 應根據(jù)以下幾條原則進行選擇：

1、電壓損耗：檢流電阻阻值過大會引起電源電壓以IR 的數(shù)值降低。為了減少電壓損耗，應選用小阻值的檢流電阻。

2、精度：較大的檢流電阻可以獲得更高的小電流的測量精度。這是因為檢流電阻上的電壓越大，運放的失調(diào)電壓和輸入偏置電流的影響就相對越小。

3、效率和功耗：當電流較大時，RSENSE 上的功耗I2R 就不能忽略。在考慮檢流電阻和功耗時，需要注意這一點。如果允許檢流電阻發(fā)熱，則電阻阻值可大一些。

4、電感：如果ISENSE 包含大量高頻成分，則檢流電阻的電感量要很小。線繞電阻的電感最大，金屬膜電阻比較好。

5、成本：如果合適的檢流電阻的價格太高，則可采用另一種替代方案（圖5）。它采用電路板的印制線作為檢流電阻。由于印制板銅線“電阻”并不精確，電路里需要一個電位器調(diào)節(jié)滿量程電流值。另外，銅線的溫漂較大（大約為0.4%/℃），在寬溫度范圍下工作的系統(tǒng)需要考慮這一點。

04可調(diào)節(jié)線性電流源（圖6）是利用高端電流檢測器構成的一個典型應用電，IC1 將R1 電流轉(zhuǎn)換成相應比例的電壓信號，控制穩(wěn)壓芯片IC2 產(chǎn)生一個穩(wěn)定的輸出電流，D/A 轉(zhuǎn)換器可以提供IOUT 的數(shù)字控制。要達到12 BIT 精度（60mA 每LSB）的要求，可使用并行接口的MAX530 或串行接口的MAX531.10 BIT 精度（250mA 每LSB），則可使用并行接口的MAX503 或串行接口的MAX504.

05基于51單片機的電壓電流檢測系統(tǒng)rpotues仿真

本設計采用AT89C51為主控芯片，外部采用ADC0804作為電壓采集芯片，外部電壓最高為10V，而ADC0804最高電壓為+5V，所以模擬量連接入ADC芯片之前，首先用電阻分壓，把待測電壓分為原來的一半，這樣所檢測的電壓就用0-10V變成了0-5V，符合ADC芯片的輸入要求，在檢測電壓后，經(jīng)過單片機處理后，在在原來的電壓基礎上乘以2則可以恢復以前的待測電壓。

電壓報警電路則由一路繼電器和發(fā)光二極管，以及喇叭所組成。當ADC芯片所檢測的電壓超過一定的限制，則使特定的IO口變成低電平，導通PNP三極管，使繼電器導通，發(fā)光LED和喇叭行成壓降。產(chǎn)生報警。

由ADC芯片采集的電壓值，和由電阻所變換計算出的電流值，在LCD上顯示。

報警電壓由兩個按鍵所設定，當按鍵一按下則報警值加0.1V，當按鍵二按下則報警值減掉0.1V。

片機內(nèi)部隨時把采集電壓和報警電壓進行比較，當采集電壓高過報警電壓，則啟動報警。

整體電路圖

仿真圖形

電壓，電流顯示電路

聲光報警電路

按鍵設置電路

本次設計由于protues中的12864只有不帶字庫的液晶顯示器，操作極為復雜。由于時間問題。軟件程序僅僅調(diào)試了液晶1602顯示器。相信只要有時間12864的顯示也一定能夠完成。

06具有較寬共模輸入范圍的電流檢測放大器。MAX44284電流檢測放大器集高精度、寬輸入共模范圍于一體。您可以同時獲得高精度、低功耗性能——具備Maxim一貫的簡約設計風格。這款器件樹立了檢流放大器高精度、高靈活性的新標桿，具有優(yōu)異的性價比，非常適合醫(yī)療、消費類電子、移動、通信或電機控制應用——需要高精度、設計簡便的任何應用。

優(yōu)異的精度

2μV輸入失調(diào)電壓，增益誤差僅為0.05%

極低的輸入失調(diào)溫度系數(shù)：50nV/°C

-0.1V至+36V寬輸入共模范圍

低失調(diào)漂移和輸入噪聲

提供關斷控制，節(jié)省電池電量

審核編輯：湯梓紅