专业解读:高、低电流检测电路设计的关键要点与方案

出处:网络整理时间:2025-06-18
    在电子电路设计中,电流检测是一个至关重要的环节,它广泛应用于高压短路保护、电机控制、DC/DC 换流器、系统功耗管理、二次电池的电流管理、蓄电池管理等众多场景。对于大部分应用而言,通常是通过感测电阻两端的压降来测量电流。

    感测电阻的选择


    一般来说,使用电流通过时压降为数十 mV~数百 mV 的电阻值。在电流检测中,低电阻器的选择因检测电流大小而异。检测数十 A 的大电流时,需要数 mΩ 的极小电阻值,此时以小电阻值见长的金属板型和金属箔型低电阻器比较常用;而小电流则是通过数百 mΩ~数 Ω 的较大电阻值进行检测。

   电流感测位置


   测量电流时,通常会将电阻放在电路中的两个位置。个位置是放在电源与负载之间,这种测量方法称为高侧感测;第二个位置是放在负载和接地端之间,这种电流感测方法称为低侧电流感测。

    电流检测电路设计方案 (一)


  1. 低端检流电路
    低端检流电路的检流电阻串联到地,以地电平作为参考电平,检流电阻接在正相端。其主要缺点是,采用电源接地端和负载、系统接地端时,感测电阻两端的压降会有所不同。如果其他电路以电源接地端为基准,可能会出现问题。为限度地避免此问题,存在交互的所有电路均应以同一接地端为基准,降低电流感测电阻值有助于尽量减小接地漂。此外,尽管低端检流电路比较简单,但有几种故障状态是它检测不到的,这会使负载处于危险的情况。
  2. 高端检流电路
    高端检流电路的检流电阻串联到高电压端,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。随着大量包含高精度放大器和精密匹配电阻的 IC 的推出,在高边电流测量中使用差分放大器变得非常方便。高边检测带动了电流检测 IC 的发展,降低了由分立器件带来的参数变化、器件数目太多等问题。

电流检测电路设计方案 (二)


传统的高端 / 低端检流方式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,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。

该方案已广泛应用于实际系统中,但存在三个主要缺点:
  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(共模抑制比)。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。
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