电流检测电路

正好最近做的项目M-power中用到了，系统学习一下。

分流电阻法

检测电流的方法有很多种，这里我们暂时只总结分流电阻法。
把一个阻值很小的电阻串联到负载中，通过检测这个电阻上的压降就可以算出流过负载的电流，因为这个电阻小（mΩ级），所以对负载引起的影响几乎没有。

这种检测方法分为高端检测与低端检测：

高端检测：实际应用中大多采用的方法，因为负载接地更能够提高系统的稳定性。这个电路有致命缺点，一般的运放供电电压达不到高压，所以当高端检测时共模电压会直接击穿运放。
低端检测：负载的地不稳定，可能导致整个系统不稳定，所以这种接法不能使用。

下面的分析全是采用高端检测法，实际项目和工程中我们一般用的都是集成电流检测放大器。

仪表放大器的输入电压范围最大不能超过其供电电源范围。

我们前面知道，仪表放大器的增益通过外部电阻R_G可调，并且输入电阻很大，能够较为精确检测电流，而缺点就是无法测量高压系统。

集成差动放大器有1：n型的，（我们通过正接或者反接可以改变增益，放大或者衰减）使用1：n型差动放大器实施衰减，可以大幅度提高检测电流时的抗共模电压能力。

原因分析：在仪表放大器内部结构，它的同相输入端与反向输入端都是接的一个运放（3运放型、2运放型）。而集成差动放大器中通过电阻分压后输入到运放的输入端，此时电压经过衰减已经满足运放电源电压范围。

在R_SENSE很小的情况下，匹配电阻可以不加，而当R_SENSE较大时要加上。

这个匹配电阻是为了匹配电阻网络（差动放大器特性），我们从V_in+管脚看输入，利用戴维宁等效可得：

所以当我们在V_in-管脚加上这个匹配电阻时，电阻网络匹配保证检测精确。

此时可得：

有点奇怪，我们需要把电压信号先衰减再放大，最后得到的值进行检测。这中间会引入很多噪声，所以它中间加了一个电阻，引出一个脚接外部电容做低通滤波。这是AD628的核心思想。

另一个器件AD629可以实现对共模电压衰减不对差模信号衰减。

仔细体会这个电路巧妙原理！

正向输入端分析可得，电压衰减20倍，由虚短虚断可知，反向输入端电压电压电压等于13.5V。即共模信号被衰减20倍。

使用叠加原理进行分析：

当R_SENSE远小于380KΩ，匹配电阻忽略不计。

当只有U₊输入时：

当只有U_-输入时很容易得：

所以输出信号：

仿真分析

负载电流为10A时

实在妙哉！！这个R_x电阻妙不可言。

这个电路用到了两个运放，检测电路的供电是0V和5V，检测电阻则是检测-48V下的电流。

首先第一个运放供电电压是利用稳压二极管方案解决。选择稳压管时有两个参数需要注意，一个是击穿电压（稳压电压），另一个是击穿电流（限制功率）。为保证运放正常工作，需要提供一定电流。

接下来分析反馈环路，判断是否为负反馈，我们可以看到第一个运放的输出端接MOS管门极，再由源极输出接回反向输入端，很容易判断是负反馈。（MOS管是源极跟随器）

利用虚短虚断可得：

即R2两端压降与R_SENSE两端压降相同。

再看第二个运放的负反馈，很容易得出：

C₁的作用是运放电源滤波。
C₂作用是提高电路稳定性，因为场效应管门极有开启时间，这个电容的作用是让这电压快速达到开启电压。
C3作用是滤波。

仿真结果