在處理低至中等電流水平時(shí)，電阻電流檢測(cè)在印刷電路板組件中得到了廣泛應(yīng)用。這種技術(shù)通過將一個(gè)已知的電阻 R 分流器與負(fù)載串聯(lián)，并測(cè)量電阻兩端的電壓來確定負(fù)載電流。

電阻電流檢測(cè)基礎(chǔ)

圖 1. 電阻電流檢測(cè)
電流檢測(cè)電阻器，也被稱為分流電阻器或簡(jiǎn)稱為分流器，通常具有毫歐范圍內(nèi)的值。對(duì)于非常大的電流應(yīng)用，分流電阻的值甚至可能低至幾分之一毫歐，以減少電阻消耗的功率。需要注意的是，即使電阻值很小，分流功耗在大電流應(yīng)用中仍可能成為一個(gè)問題。例如，當(dāng) R = 1 mΩ 且 I = 10 A 時(shí)，分流電阻器消耗的功率為 P = R * I2 = 0.001 * 102 = 0.1 W。同時(shí)，小的電阻值會(huì)導(dǎo)致電阻兩端的電壓降很小，這就需要放大器將分流電阻器上產(chǎn)生的小電壓轉(zhuǎn)換為適合上游電路的足夠大的電壓。在高側(cè)電流檢測(cè)中，放大器在共模抑制比 (CMRR) 規(guī)范方面可能有嚴(yán)格的要求。

低邊和高邊感應(yīng)方式

將分流電阻器與負(fù)載串聯(lián)放置有兩種選擇，分別是低側(cè)和高側(cè)電流檢測(cè)方法。

圖 2. 低側(cè)和高側(cè)電流檢測(cè)方法
在低側(cè)配置中，電流檢測(cè)電阻器 (Rshunt) 放置在電源的接地端子和負(fù)載的接地端子之間；而對(duì)于高邊方法，分流電阻則放置在電源的正極和負(fù)載的電源輸入之間。

共模值對(duì)比

1. 低側(cè)電流檢測(cè)的共模值特點(diǎn)
   假設(shè) Rshunt = 1 mΩ 且 I = 10 A，即使有這么大的電流，分流電阻上的壓降也僅為 10 mV。因此，低側(cè)分流電阻器兩端電壓的共模值僅略高于地電位。由于低側(cè)電流檢測(cè)中使用的放大器處理小的共模電壓，不需要高共模抑制比 (CMRR)。共模抑制比指定放大器對(duì)放大器兩個(gè)輸入共有的信號(hào)表現(xiàn)出多少衰減。由于低側(cè)電流檢測(cè)配置的共模值幾乎為零，放大器 CMRR 要求顯著放寬，因此可以使用簡(jiǎn)單的放大器配置。
   
   圖 3. 低側(cè)電流檢測(cè)放大器

輸出是 V 分流器的放大版本，可通過等式 Vout = (1 + R2 / R1) * Vin = (1 + R2/R?) * Vshunt 計(jì)算得出。
2. 高側(cè)電流檢測(cè)的共模值特點(diǎn)
對(duì)于高側(cè)配置，分流電阻器兩端的電壓的共模電平非常接近負(fù)載電源電壓。用于高端電流檢測(cè)的放大器需要處理較大的共模電壓，應(yīng)具有高 CMRR，以防止大的共模輸入出現(xiàn)在輸出端。許多高側(cè)電流檢測(cè)應(yīng)用，如三相電機(jī)控制應(yīng)用，負(fù)載電源電壓遠(yuǎn)大于用于放大器的電源電壓。因此，在高側(cè)感測(cè)配置中，放大器的輸入共模通常需要遠(yuǎn)大于其電源電壓，這使放大器設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。
3. 低側(cè)電流檢測(cè)的缺點(diǎn)
盡管低側(cè)檢測(cè)方法簡(jiǎn)化了放大器設(shè)計(jì)，但它也存在一些缺點(diǎn)。低側(cè)電流測(cè)量在接地路徑中放置了一個(gè)額外的電阻器，導(dǎo)致被監(jiān)控電路的接地電位略高于系統(tǒng)接地電位。這可能成為某些模擬電路的問題，還可能存在接地環(huán)路問題，導(dǎo)致可聽見的噪聲，甚至干擾附近的設(shè)備。因此，低側(cè)電流檢測(cè)通常用于處理一個(gè)隔離負(fù)載或負(fù)載對(duì)接地噪聲不敏感的應(yīng)用中，如無人機(jī)、鉆機(jī)和往復(fù)鋸等對(duì)成本敏感的電機(jī)控制應(yīng)用。

故障監(jiān)測(cè)對(duì)比

1. 低側(cè)電流檢測(cè)的故障監(jiān)測(cè)局限性
   存在低側(cè)電流檢測(cè)無法檢測(cè)到的各種故障情況。例如，當(dāng)受監(jiān)控電路的電源與系統(tǒng)接地之間發(fā)生短路時(shí)，故障電流 Ishort1 直接從總線電壓流向系統(tǒng)接地，不通過分流電阻，電流監(jiān)控電路不會(huì)檢測(cè)到這種故障情況。低側(cè)電流檢測(cè)也無法檢測(cè)到受監(jiān)控電路的接地與系統(tǒng)接地之間的短路。
   
   圖 4. 低側(cè)電流檢測(cè)故障示例
2. 高側(cè)電流檢測(cè)的故障監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)
   高端電流檢測(cè)可以檢測(cè)分流電阻器下游發(fā)生的故障情況。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障電流通過分流電阻，電流測(cè)量電路可以檢測(cè)短路情況并觸發(fā)適當(dāng)?shù)募m正措施。
   
   圖 5. 高側(cè)電流檢測(cè)故障監(jiān)測(cè)