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06-17
电流检测用于执行两种基本电路功能。
第一个作用是测量电路中流过“多少”电流，第二个作用是在电流“太大”或出现故障时做出判断。
如果电流超过安全限值并满足软件或硬件互锁条件，则会发送信号关闭设备。
因此，有必要选择一种设计坚固的技术，能够承受故障期间的极端条件。
电流感测用于执行两个基本电路功能。
首先，它测量电路中流动的“多少”电流。
该信息可用于 DC/DC 电源中的电源管理，以确定基本的外围负载，从而实现节能。
第二个作用是当电流“过大”或者出现故障时进行判断。
如果电流超过安全限值并满足软件或硬件互锁条件，则会发送信号关闭设备，例如电机堵转或电池短路。
因此，有必要选择一种设计坚固的技术，能够承受故障期间的极端条件。
使用合适的元件来执行测量功能不仅可以获得准确的电压信号，而且可以防止损坏印刷电路板。
测量方法 有多种测量方法可以产生指示“多大”或“太大”的信号，如下所示： 电阻式（直接）：电流感测 电阻式磁性（间接）：电流互感器、罗氏线圈、霍尔效应器件 晶体管（直接）：RDS(ON)、比率 每种方法都有其优点，并且是测量电流的有效或可接受的方法，但也存在对应用可靠性至关重要的优缺点。
这些测量方法可分为两类：直接或间接。
直接法是指直接连接到被测电路。
测量元件会受到线路电压的影响。
间接法的测量元件与线路电压隔离。
当对产品的安全性有要求时，有必要采用间接法。
电阻式电流检测电阻 利用电阻测量电流是一种直接方法，具有简单、线性好等优点。
电流检测电阻和被测电流置于电路中。
流过电阻的电流会将一小部分电能转化为热量。
这个能量转换过程产生电压信号。
电流检测电阻除了易于使用和具有良好的线性度外，还非常具有成本效益。
温度系数（TCR）稳定，可达到ppm/℃或0.01%/℃以下。
它不会受到潜在的雪崩倍增或热失控的影响。
影响。
此外，低阻值（小于1mΩ）金属合金电流检测电阻具有非常好的抗浪涌能力，在发生短路和过流情况时能够实现可靠的保护。
磁性电流互感器 电流互感器（图 1）具有三个突出的优点：与线路电压隔离、无损电流测量以及对大信号电压具有良好的抗噪声能力。
这种测量电流的间接方法需要使用变化的电流，例如交流电、瞬态电流或开关直流电，以产生磁耦合到次级绕组中的变化的磁场。
次级测量电压可以根据初级和次级绕组之间的匝数比进行缩放。
这种测量方法被认为是“无损”的，因为流经铜绕组的电路电流中的电阻损耗非常小。
然而，如图2所示，由于负载电阻、磁芯损耗以及初级和次级直流电阻造成的变压器损耗，导致少量能量损失。
罗氏线圈 罗氏线圈（图 3）类似于电流互感器，在次级线圈中感应出与流经隔离电感器的电流成比例的电压。
特殊之处在于，罗氏线圈采用空心设计，这与依靠叠片钢等高导磁率铁芯与次级绕组磁耦合的电流互感器完全不同。
空芯设计具有更小的电感、更快的信号响应和非常线性的信号电压。
由于这种设计，罗氏线圈通常用于现有接线（例如手持式电表）来临时测量电流，并且可以被视为电流互感器的低成本替代品。
霍尔效应 当载流导体置于磁场中时（图 4），会产生垂直于磁场和电流方向的电势差。
该电势与电流的大小成正比。
当没有磁场、没有电流流动时，就不存在电势差。
但如图5所示，当磁场和电流流过时，电荷与磁场相互作用，导致电流分布发生变化，从而产生霍尔电压。
霍尔效应元件的优点是可以测量大电流且功耗低。
但这种方法也有很多缺点限制了它的使用，比如需要补偿非线性温度漂移；带宽有限；测量小量程电流时，需要较大的偏置电压，会产生误差；并且容易受到外部磁场的影响；对 ESD 敏感；成本高。
晶体管 RDS(ON) - 漏源导通电阻。
由于晶体管是电路设计的标准控制器件，不需要电阻或耗能器件来提供控制信号，因此晶体管被认为没有能量损耗。
过流检测方法。
晶体管数据表给出了漏源导通电阻 (RDS(ON))，功率 MOSFET 的典型电阻通常在毫欧范围内。
该电阻由几个部分组成。
第一个是连接到半导体芯片的引线（图 6）。
这部分电阻器会影响许多通道特性。
根据此信息，可以使用公式 ILoad = VRDS(ON) / RDS(ON) 计算流过 MOSFET 的电流。
由于接口区域电阻的微小变化和 TCR 效应，RDS(ON) 的每个组件都会产生测量误差。
TCR 效应可以通过测量温度并使用温度引起的预期电阻变化来校正测量的电压来部分补偿。
很多时候，MOSFET的TCR会高达ppm/℃，相当于温度升高1℃，电阻变化40%。
一般来说，这种测量方法的信号精度约为10%至20%。
从应用的精度要求来看，这个精度范围对于提供过压保护来说是可以接受的。
比率 - 电流感应 MOSFET MOSFET 由数千个并联的晶体管单元组成，以降低导通电阻。
电流检测 MOSFET 使用少量连接到公共栅极和漏极的并联单元，但具有单独的源极（图 7）。
这创建了第二个隔离晶体管，即“检测”晶体管。
当晶体管导通时，流过检测晶体管的电流与流过其他电池的主电流成正比。
精度容差范围取决于具体的晶体管产品，范围从低至 5% 到高达 15% 至 20%。
这种方法一般不适用于一般要求测量精度为1%的电流控制应用，但适用于过流和短路保护。
从上面的汇总表可以看出，检测电路中电流的方法有很多种，应根据应用的具体需求选择合适的方法。
每种方法都有其优点和缺点，在设计时必须仔细考虑这些因素。
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