高边电流检测原理和电路
高边电流检测原理和电路
高边电流检测原理和电路作者：Maxim公司Gert N.Helles 来源：《电子产品世界》高端电流检测的原理和电路摘要：本文介绍低端、高端检流电路的结构和它们的应用。
关键词：电流检测限流电流测量技术具有极为广泛的应用，许多系统中都需要检测流入、流出电流的大小。
例如，电流保护/电流监测设备、4-20mA电流环系统、可编程电流源、线性/开关模式电源、以及需要掌握流入流出电流比例的充电器或电池电量计量器。
由于很多应用是便携式的，因此电流检测电路还必须具有小体积、低功耗的特性。
高端/低端检流电路低端检流电路的检流电阻串联到地(图1），而高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端(图2）。
两种方法各有特点：低端检流方式在地线回路中增加了额外的电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号。
图1所示的低端检流运放以地电平作为参考电平，检流电阻接在正相端。
运放的输入信号中的共模信号范围为：(GND-RSENSE*ILOAD）。
尽管低端检流电路比较简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利用高端检流电路则可解决这些问题。
高端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适合于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。
传统高端检流电路传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。
高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地(图3）：VO=IRS*RS；R1=R2=R3=R4该方案已广泛应用于实际系统中，但该电路存在三个主要缺点：1）输入电阻相对较低，等于R1；2）输入端的输入电阻一般有较大的误差值；3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR。
任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR降低到46dB；0.1%的变化使CMRR达到66dB，0.01%的变化使CMRR达到86dB。
通过利用差动放大器与电流检测放大器执行高边电流检测功能
通过利用差动放大器与电流检测放大器执行高边电流检测功能在许多应用中都需要精确的高端电流检测，包括电机控制，电磁阀控制和电源管理（例如，DC-DC转换器和电池监控）。
在这些应用中，高端电流监测- 而不是返回- 可以提高诊断能力，例如确定接地短路和连续监测再循环二极管电流- 并通过避免引入来保持接地路径的完整性分流电阻。
图1,2和3描述了用于电磁阀和电机控制的典型高侧电流分流配置。
在上面显示的所有配置中，分流电阻上的脉冲宽度调制（PWM）共模电压- 监视负载电流- 从整个范围从地面到电池摆动。
该PWM输入信号将具有由功率级到FET的控制信号建立的周期，频率和上升/下降时间。
因此，监测分流电阻两端电压的差分测量电路需要非常高的共模抑制和高压处理能力的严格组合，以及高增益，高精度和低偏移- 所有这些都是为了提供负载电流值的真实表示。
在使用单个控制FET的电磁阀控制（图1）中，电流始终以相同方向流动，因此单向电流传感器就足够了。
在电机控制配置中（图2和图3），将分流器置于电机相位意味着分流电阻器中的电流可以双向流动;因此，双向电流传感器是必要的。
研究高端电流检测功能选择的设计人员将从许多半导体供应商那里找到各种选择。
然而，一个关键的发现是，这些集成电路器件中的选择可以根据两种截然不同的高压架构进行分类：电流检测放大器和差分放大器我们将在这里确定并解释这些架构之间的一些关键差异，以帮助需要高端电流检测的设计人员选择最适合应用的器件。
我们将比较两个高压部件，AD8206双向差动放大器和AD8210双向电流检测放大器。
两款器件均提供相同的引脚排列，均可执行高端电流分流监控，但其规格和架构不同。
那么，如何考虑哪种设备最适合应用？工作原理。
仪表放大器高端电流采样原理
仪表放大器高端电流采样原理
1. 电流传感器：仪表放大器的高端电流采样需要通过电流传感器来实现。
常见的电流传感器包括霍尔效应传感器、电阻式传感器和电感式传感器等。
这些传感器能够将电流转换成电压信号或其他可测量的物理量。
2. 放大器电路：仪表放大器通常采用差分放大器电路来放大电流传感器输出的信号。
差分放大器电路能够抵消噪声和干扰，提高信号的可靠性和精确度。
3. 采样电路：为了在放大器输出信号中精确提取高端电流信号，需要采用专门的采样电路。
采样电路通常包括采样保持电路和采样触发电路等，它们能够按照设定的频率和时序采样放大器输出的电流信号。
4. 数字转换：采样电路将放大器输出的电流信号转换成数字信号，以便后续的数字处理和分析。
数字转换通常包括模数转换（A/D转换）和时钟同步等过程，确保采样结果的准确性和一致性。
综上所述，仪表放大器高端电流采样原理主要通过电流传感器、放大器电路、采样电路和数字转换等步骤来实现对电流信号的准确采样和处理。
这样可以为后续的测量和控制提供可靠的数据基础。
高侧电流检测原理
高侧电流检测原理高侧电流检测是一种常见的电流检测方法，广泛应用于电力系统、工业自动化、电动汽车等领域。
本文将介绍高侧电流检测的原理及其应用。
一、高侧电流检测原理高侧电流检测是通过在电流回路中插入电流传感器，测量电流传感器两端的电压来间接测量电流大小的一种方法。
常用的高侧电流检测电路有霍尔传感器和电阻分压传感器两种。
1. 霍尔传感器霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器，通过检测磁场的变化来间接测量电流大小。
霍尔传感器通常由霍尔元件、前置放大电路和输出电路组成。
当电流通过霍尔元件时，产生的磁场会引起霍尔元件两侧的霍尔电压发生变化。
前置放大电路将霍尔电压放大后输出，经过校准和线性化处理后得到与电流大小成正比的输出电压信号。
2. 电阻分压传感器电阻分压传感器是通过在电流回路中串联一个小电阻，根据欧姆定律测量电阻两端的电压来间接测量电流大小。
电阻分压传感器通常由电阻和运算放大器组成。
当电流通过电阻时，会在电阻两端产生一个与电流大小成正比的电压降。
运算放大器将电压降放大后输出，经过校准和线性化处理后得到与电流大小成正比的输出电压信号。
二、高侧电流检测的应用1. 电力系统高侧电流检测在电力系统中广泛应用于电流保护、电能计量和电力监测等方面。
通过监测电流大小，可以实时监测电力设备的运行状态，及时发现并防止电流过载等故障，保护电力系统的安全运行。
2. 工业自动化在工业自动化领域，高侧电流检测被用于监测电机、变频器和电力控制器等设备的电流。
通过监测电流大小，可以实现对设备的电流保护、负载检测和故障诊断等功能，提高设备的可靠性和安全性。
3. 电动汽车高侧电流检测在电动汽车中起着至关重要的作用。
电动汽车的电动机控制系统需要实时监测电流大小，以控制电机的转速和扭矩。
高侧电流检测可以实现对电动汽车电机的电流控制和保护，提高电动汽车的性能和安全性。
总结：高侧电流检测是一种常见的电流检测方法，通过插入电流传感器测量电流回路中的电压来间接测量电流大小。
max44284原理
MAX44284是一款高侧电流检测放大器，具有以下原理特点：
1.工作电源：MAX44284采用1.7V至5.5V的单电源供电，优化后的静态电流极低，仅为21µA。
2.精度：该器件提供精度为2 V VOS和增益误差为0.05%的规格，具有很高的测量精度。
3.输入共模电压范围：MAX44284的输入共模电压范围为-0.1V至+36V，这意味着它能够适应
宽广的电压范围。
4.输出：该器件具有电压输出，并提供了四种不同的增益版本，以满足不同的应用需求。
5.封装和温度范围：MAX44284采用小型6焊球、0.4毫米螺距WLP（1.3毫米x 0.9毫米）
和6引脚SOT23封装，并规定操作在-40℃至+125℃的汽车温度范围内，适应各种环境。
如需更多关于MAX44284的信息，建议访问相关厂商的官网或查阅电子元器件应用指南。
电流检测电路
电流检测电路引言电流检测电路是电子设备中常见的一种电路，用于测量电路中的电流大小。
电流作为一种基本的电学量，对于许多电子设备的工作和保护至关重要。
因此，电流检测电路的设计和实现非常重要。
本文将介绍电流检测电路的基本原理、常见的电流检测方法以及一些电流检测电路的实例。
电流检测基本原理电流检测电路的基本原理是利用电流通过导体时产生的电压降来进行电流的测量。
根据欧姆定律，电流通过一个电阻时会在电阻两端产生电压降，而这个电压降正比于电流大小。
因此，通过测量电压降的大小，我们可以间接地得知电流的大小。
电流检测方法电压放大器检测法电压放大器检测法是一种常见的电流检测方法。
它基于电流通过电阻产生的电压降，通过放大这个电压信号来得到较大的电压输出。
常见的电流放大器电路包括差动放大器、仪表放大器等。
零漂补偿法由于电阻的温度、工艺等因素可能导致电阻值产生变化和偏差，进而影响电流检测的准确性。
为了解决这个问题，可以采用零漂补偿法。
零漂补偿法利用运算放大器的反馈功能，将电流检测电路的误差信号与补偿信号相抵消，实现零漂的补偿。
开环检测法开环检测法是一种简单直接的电流检测方法。
它通过在电路中引入感知电阻，然后测量该电阻上的电压降，进而获得电流的大小。
这种方法不需要放大器或者反馈电路，简化了电路的复杂度。
电流检测电路实例可调增益电流检测电路这是一种可调增益的电流检测电路。
它通过调节电阻的大小，可以实现对电流的不同范围的检测。
同时，它还具有高输入阻抗和低漂移的特点，能够提高电流检测的精度和稳定性。
电路中的运算放大器实现了电压放大器的作用，从而得到较大的输出电压。
通过调节电阻R1和R2的比例，可以实现对电流范围的调节。
同时，电路中的反馈电阻也可以用于进行零漂的补偿。
开环电流检测电路这是一种简单的开环电流检测电路。
它由一个感知电阻和一个测量电压的电压表组成。
运算放大器高边电流采样
运算放大器高边电流采样通常采用差分放大器进行电流检测。
这种放大器具有高共模抑制比和低噪声特性，能够精确地测量电流，并具有轨至轨的输入范围。
在具体实现中，可以将高端电流检测和低端电流检测相结合，以实现对整个电流范
围的精确测量。
例如，可以采用一个高端运算放大器（如LM258或LM358）来检测高端电流，同时采用一个低端运算放大器（如TL082）来检测低端电流。
在采样电阻的选择上，应考虑其阻值和功率容量。
例如，如果采用2欧姆的采样电阻，当电流为6安培时，采样电阻上的电压降为0.12伏。
此时，可以采用一个低噪声、低失调的运算放大器（如TI的INA系列）来放大这个电压信号，并将其输出到
后续处理电路中。
需要注意的是，在选择运算放大器的电源电压时，应保证其输入电压范围能够覆盖采样电阻上的电压信号。
同时，还应考虑运算放大器的输入失调电压和增益带宽积等因素，以确保其能够准确地放大和传输采样信号。
总之，运算放大器高边电流采样需要结合具体的电流范围、精度要求和系统需求等因素进行综合考虑和设计。
高边和低边电流检测技术分析
当代电子系统中的电源管理可以通过高效的电源分配优化系统效率。
电流检测是电源管理的关键技术之一，它不仅有助于保持理想的电压等级，而且能通过提供伺服调整保持电子系统处于正常状态，同时还能防止发生电路故障和电池过度放电。
电流的检测有两种基本的方案。
一种是测量电流流过的导体周围的磁场，另一种是在电流路径中插入一个小电阻，然后测量电阻上的压降。
第一种方法不会引起干扰或引入插损，但成本相对比较昂贵，而且容易产生非线性效应和温度系数误差。
因此磁场检测方法通常局限于能够承受与无插损相关的较高成本的应用。
本文主要讨论半导体行业中已经得到应用的电阻检测技术，它能为各种应用提供精确且高性价比的直流电流测量结果。
本文还介绍了高边和低边检测原理，并通过实际例子帮助设计师选择适合自己应用的最佳方法。
电阻检测在电流路径中以串联的方式插入一个低阻值的检测电阻会形成一个小的电压降，该压降可被放大从而被当作一个正比于电流的信号。
然而，根据具体应用环境和检测电阻的位置，这种技术将对检测放大器造成不同的挑战。
比如将检测电阻放在负载和电路地之间，那么该电阻上形成的压降可以用简单的运放进行放大(见图1B)。
这种方法被称为低边电流检测，与之相对应的方法为高边检测，即检测电阻放在电源和负载之间(见图1A)。
图1：上面简化的框图描述了一种基本的高边检测电路(图1A)和一种基本的低边检测电路(图1B)。
检测电阻值应尽可能低，以保持功耗可控，但也要足够大，以便产生能被检测放大器检测到并在目标精度内的电压。
值得注意的是，在检测电阻上得到的这种差分检测信号寄生在一个共模电压上，这个共模电压对低边检测方法来说接近地电平(0V)，但对高边检测方法来说就接近电源电压。
这样，测量放大器的输入共模电压范围对低边方案来说应包含地，对高边方案来说应包含电源电压。
由于低边检测时的共模电压接近地电平，因此电流检测电压可以用一个低成本、低电压的运放进行放大。
低边电流检测简单且成本低，但许多应用不能容忍由于检测电阻引入的地线干扰。
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作者：Maxim公司Gert N.Helles 来源：《电子产品世界》
高端电流检测的原理和电路
摘要：本文介绍低端、高端检流电路的结构和它们的应用。
关键词：电流检测限流
电流测量技术具有极为广泛的应用，许多系统中都需要检测流入、流出电流的大小。
例如，电流保护/电流监测
设备、4-20mA电流环系
统、可编程电流源、线
性/开关模式电源、以及
需要掌握流入流出电流比
例的充电器或电池电量计
量器。
由于很多应用是便
携式的，因此电流检测电
路还必须具有小体积、低
功耗的特性。
高端/低端检流电路
低端检流电路的检
流电阻串联到地(图1），
而高端检流电路的检流电
阻是串联到高电压端(图
2）。
两种方法各有特
点：低端检流方式在地线
回路中增加了额外的电
阻，高端检流方式则要处
理较大的共模信号。
图1所示的低端检流
运放以地电平作为参考电
平，检流电阻接在正相
端。
运放的输入信号中
的共模信号范围为：
(GND-RSENSE*ILOAD）。
尽管低端检流电路比较简
单，但有几种故障状态是
低端检流电路检测不到
的，这会使负载处于危险
的情况，利用高端检流电
路则可解决这些问题。
高端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适合于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。
传统高端检流电路
传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。
高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地(图3）：
VO=IRS*RS；
R1=R2=R3=R4
该方案已广
泛应用于实际系
统中，但该电路
存在三个主要缺
点：
1）输入电
阻相对较低，等
于R1；
2）输入端
的输入电阻一般
有较大的误差值；
3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR。
任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR降低到46dB；0.1%的变化使CMRR达到66dB，0.01%的变化使CMRR达到86dB。
高端电流检测需要较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。
而低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。
采用集成差分运放实现高端电流检测
采用差分运放进行高端电流检测的电路更便于使用，因为近期推出了许多种集成电路解
决方案。
集成电路内部包括一个精密运放和匹配度很好的电阻，CMRR高达105dB左右。
MAX4198/99就是这样的产品，它的CMRR为110dB，增益误差优于0.01%，而且采用小体积的8引脚mMAX封装。
专用高端检流电路内部包含了
完成高端电流检测的所有功能单
元，可在高达32V的共模电压下检
测高端电流，并提供与之成比例
的、以地电平为参考点的电流输
出。
需要对电流做精确测量和控制
的应用，如电源管理和电池充电控
制，都适合采用这种方案。
MAXIM的高端检流运放中所使
用的检流电阻放置在电源的高端和
被检测电路的电源输入端之间，检
流电阻放在高端不给地线回路增加
额外阻抗，这项技术提高了整个电
路的性能并简化了布版要求。
MAXIM推出了一系列双向或单向电
流检测IC，有些双向电流检测IC内
置检流电阻，可检测流入或流出被
检电路的电流大小并通过一个极性
指示引脚显示电流方向。
增益可调
的电流检测IC、固定增益
（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）
电流检测芯片或包括单双比较器的
固定增益电流检测IC，都采用小体
积封装，如SOT23，可满足对尺寸
要求苛刻的应用。
图4是用MAX4173
构成的高端电流检测电路。
图中输出电压与检流电阻的关系式为：
Vo=RGD*(Iload*Rsense)/RG1)*b式中b为镜像电流系数
上式可进一步简化为: Vo=Gain*Rsense*Iload;Gain= b*RGD/RG1
Gain分别为：20(MAX4173T)，50(MAX4173F)，100(MAX4173H).
通过以上计算公式可看出，CMRR由内部集成检流电路的工艺决定(典型值>90dB），不再受外部电阻的影响。
采用集成检流电路有以下优
点：
1、器件的一致性好
2、极好的温漂特性
3、体积小
4、低功耗
5、使用方便
选择检流电阻的注意事项
检流电阻RSENSE应根据以下几
条原则进行选择：
1、电压损耗：检流电阻阻值过
大会引起电源电压以IR的数值降
低。
为了减少电压损耗，应选用小
阻值的检流电阻。
2、精度：较大的检流电阻可以
获得更高的小电流的测量精度。
这
是因为检流电阻上的电压越大，运
放的失调电压和输入偏置电流的影响就相对越小。
3、效率和功耗：当电流较大时，RSENSE上的功耗I2R就不能忽略。
在考虑检流电阻和功耗时，需要注意这一点。
如果允许检流电阻发热，则电阻阻值可大一些。
4、电感：如果ISENSE包含大量高频成分，则检流电阻的电感量要很小。
线绕电阻的电感最大，金属膜电阻比较好。
5、成本：如果合适的检流电阻的价格太高，则可采用另一种替代方案(图5）。
它采用电路板的印制线作为检流电阻。
由于印制板铜线“电阻”并不精确，电路里需要一个电位器调节满量程电流值。
另外，铜线的温漂较大(大约为0.4%/℃），在宽温度范围下工作的系统需要考虑这一点。
可调节的线性电流源
可调节线性电流源(图6)是利用高端电流检测器构成的一个典型应用电路，IC1将R1电流转换成相应比例的电压信号，控制稳压芯片IC2产生一个稳定的输出电流，D/A转换器可以提供IOUT的数字控制。
要达到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)，则可使用并行接口的MAX503或串行接口的MAX504。