感測電流：走高（側(cè)）還是走低？資料下載

作者：Bill Schweber, Mouser Electronics 感測電流：走高（側(cè)）還是走低？ 即使上述所有項(xiàng)目都得到了妥善處理，設(shè)計(jì)師還必須解決的一個(gè)主要問題是：到底是使用串聯(lián)電阻的高測還是低測來感測。沒有哪個(gè)方法一定超出另外一個(gè)，但是選擇其中的任意一個(gè)，都代表著在該應(yīng)用場景下需要考慮一些權(quán)衡以及影響。 在采用低側(cè)檢測時(shí)（圖4a），該電阻連接在電機(jī)的“負(fù)載”以及系統(tǒng)共地（通常被稱為“地”，即使它并非連接到真正的“地”）之間。因此，感測電阻兩端電壓的電路也可以接地。這簡化了感測電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，也簡化了與下一階段反饋?zhàn)酉到y(tǒng)的接口的設(shè)計(jì)。 圖4A：低側(cè)感測將電阻放置在負(fù)載和地之間。 然而，低側(cè)感測方法也意味著負(fù)載本身不再接地。這嚴(yán)重的影響了負(fù)載的物理連接和用戶的安全性。由于負(fù)載的低側(cè)在地之上，它任何一部分都不再連接到地，如汽車底盤或接地外殼;相反地，它必須與地進(jìn)行電氣隔離。此外，由于負(fù)載的低側(cè)不再處于地電平，驅(qū)動(dòng)負(fù)載以及負(fù)載兩端電壓測試的電路（這與感測電阻兩端讀數(shù)不同）必須差分化或通過一個(gè)接地隔離電路。 另一種檢測方法是高側(cè)檢測，其中感測電阻處于電源軌和負(fù)載之間，而負(fù)載本身保持接地（圖4b）。從負(fù)載安裝和總體安全性角度來看，這一做法要好得多，但它也意味著，該檢測電阻電路不能直接與地相連。相反，它必須使用基于儀表放大器的差分放大器，或甚至使用電隔離部件進(jìn)行隔離。與可以連接到地的電路相比，這種做法較為復(fù)雜并且成本也更高。此外，感測電路必須設(shè)成與該系統(tǒng)共模電壓模式下工作，并具備較高的CMRR（共模抑制比）以感測和提取幾十甚至上百伏電壓中的相當(dāng)微小的變化（毫伏范圍）。 圖4B：高側(cè)感測方法將電阻放置在電源軌與負(fù)載之間。低側(cè)和高側(cè)感測方法同時(shí)提供明確定義的電氣、安全性和安裝屬性。 盡管具體到每個(gè)應(yīng)用會(huì)有不同選擇，但多數(shù)設(shè)計(jì)師選擇高側(cè)做法。這是因?yàn)樗鉀Q或避免了非接地負(fù)載不可避免的一些挑戰(zhàn)性的電氣、安全性和安裝問題。此外，使用小電壓的高側(cè)電流感測電路（使用差分放大器和隔離部件）成本適度，面積也較小。 不管使用高側(cè)還是低側(cè)感測方法，電阻決定必須在許多因素間做出權(quán)衡：正確的歐姆值（第一要素）、足夠的額定功率，以及匹配應(yīng)用的物理封裝。 連接器也不能被忽視 設(shè)計(jì)師在選擇車載電機(jī)的連接器時(shí)必須記住兩個(gè)基本事實(shí)。這些到底適用于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)車輛（汽油、柴油，甚至是氫動(dòng)力）還是具備更高電流和電壓的HEV/ EV： 1.更大的電流需要更大的接觸，以承載電流，最小化IR損耗，降低I2R自發(fā)熱;反過來，這些接觸也需要更大型的連接器。 2.更高的電壓，即使在低電流下，要求接觸之間的分離更大，以滿足爬電距離和電氣間隙的安全要求，保證接觸之間沒有火花或飛弧。 （注：爬電距離是飛弧跨越的表面測量距離，如印刷電路板上兩個(gè)跡線之間的距離，或跨越一個(gè)連接器或一個(gè)集成電路芯片的距離。電氣間隙是指飛弧在空氣中傳輸?shù)淖疃叹嚯x，如一個(gè)連接器或一個(gè)集成電路芯片的一個(gè)引腳到另外一個(gè)引腳的距離）。 接觸大小和強(qiáng)制間距規(guī)定，這兩個(gè)因素一起決定了可用的連接器選擇。此外，一些多管腳連接器被設(shè)計(jì)成混合了各種電流/電壓規(guī)格，以節(jié)省空間和成本。有些電機(jī)連接器的是唯一考慮因素是電源，而控制網(wǎng)絡(luò)總線是另外一種做法，采用與其匹配的連接器;其它一些實(shí)現(xiàn)則將電源和控制功能集成到一個(gè)單一的接口中。 例如， Molex93288-0001是一個(gè)針對(duì)信號(hào)傳輸和低/中等電源軌的84接觸公連接器殼體（圖5a）。它與Molex93287-0001母殼體緊密配合（圖5b）。這個(gè)組合采用壓接觸，在使用AWG14（MX150）線時(shí)，它們的額定電流為6 A，并具備30?C的溫升（滿載），雖然個(gè)別接觸最多可處理18 A電流。公連接器是面板式安裝設(shè)計(jì)，該配對(duì)針對(duì)汽車防火墻應(yīng)用，傳遞駕乘艙和發(fā)動(dòng)機(jī)艙之間的信號(hào)和電源。 圖5A：Molex公司93288-000184觸點(diǎn)公頭外殼。內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)/混合汽車使用大量的標(biāo)準(zhǔn)和自定義電氣連接器，以及多管腳連接器，以節(jié)省空間，并減輕線束設(shè)計(jì)。 （來源：Mouser/Molex） 圖5B：針對(duì)防火墻反饋應(yīng)用的Molex93287-0001母頭采用壓接導(dǎo)線連接器，可以處理大量的信號(hào)和電源軌。 （來源：Mouser/Molex） 無論采用哪個(gè)選擇，有信譽(yù)的供應(yīng)商都會(huì)指明最大電流和電壓額定值（在額定溫度和最高溫度前提下），并說明在指定設(shè)計(jì)情況下該連接器會(huì)遵循哪些監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。也有適用于特定電機(jī)應(yīng)用和車內(nèi)位置的溫度和易燃性額定評(píng)級(jí)。 當(dāng)前的汽車有幾十個(gè)電機(jī)和上百連接器，各自選擇的基準(zhǔn)是滿足應(yīng)用的獨(dú)特需求和成本、可用性和采購選項(xiàng)意見。退一步，它會(huì)引發(fā)對(duì)應(yīng)的一個(gè)復(fù)雜布線、原理圖、線束裝配圖紙、安裝說明和材料清單。 附加閱讀資料 ?來自Analog Devices“通過提高低值分流電阻的焊盤布局，優(yōu)化高電流檢測精度” ?德州儀器（TI）的?選“擇合適的感測電阻布局” 作者簡介 Bill Schweber 是一位電子工程師，撰寫了三本電子通信系統(tǒng)教材，以及數(shù)百篇技術(shù)文章，意見專欄稿件和產(chǎn)品說明書。他曾經(jīng)從事過 EE Times多個(gè)主題的技術(shù)網(wǎng)站經(jīng)理，以及EDN的執(zhí)行主編和模擬主編。 在ADI公司（模擬和混合信號(hào)IC的領(lǐng)先供應(yīng)商）， Bill 負(fù)責(zé)營銷傳播（公共關(guān)系）;因此，他一直扮演技術(shù)PR的兩種不同角色，一方面展示公司的產(chǎn)品以及理念，并給媒體傳達(dá)信息，另一方面也從他們中接收反饋意見。 在為Analog做市場傳播的之前，Bill是他們備受推崇的技術(shù)雜志的副主編，同時(shí)也做過產(chǎn)品營銷以及做過應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)的工程師。而在這之前，Bill工作于Instron公司，做手工模擬與電源電路設(shè)計(jì)和材料測試機(jī)控制的系統(tǒng)集成。 他擁有電子工程碩士學(xué)位（Mass大學(xué)）和電子工程學(xué)士學(xué)位（哥倫比亞大學(xué)），是一位注冊(cè)專業(yè)工程師，并擁有高級(jí)班業(yè)余無線電證書。Bill還從事包括MOSFET基礎(chǔ)知識(shí)、ADC選擇、驅(qū)動(dòng)LED在內(nèi)的各種工程主題的策劃、編寫和在線課程傳授。 (mbbeetchina)