負載電流的測量方法分析

圖2。DCR電路的簡單原理圖

DCR電流檢測電路也可以達到電阻器檢測電流的目的。DCR電流檢測電路是利用電感器寄生電阻來測量負載電流的。其可以遠程測量流過開關穩(wěn)壓器電路中電感的電流。因為沒有使用額外的元件與負載串聯(lián)，故稱之為無損電流采樣電路。

使用合適的DCR匹配電路可以使其對與ADC來講，采樣電阻的值就等于電感的內阻。圖2是一個DCR采樣電路的簡單原理圖。在推導電感電流與ADC輸入電壓間的傳遞函數(shù)之前，我們先來回顧一下在拉普拉斯域內電感和電容的電抗定義。

公式5，電容的容抗公式和電感的感抗公式

Xc是與頻率有關的電容阻抗，XL是與頻率有關的電感阻抗。ω等于2πf。f是穩(wěn)壓器的開關頻率。由歐姆定律可知，流過電感的電壓（DCR采樣電路中），由公式6定義。

公式6，DCR電路中電感的電壓公式

在公式6中，Rdcr是電感的寄生電阻。電感（L）和寄生電阻（Rdcr）的電壓降與電阻（Rsen）和電容（Csen）的壓降相同（并聯(lián)關系）。公式7是根據電感電流（IL）定義的電容器（Vcsen）的電壓。

公式7，表示電容（Csen）的電壓

如果公式8成立，則電感負載電流（IL）與電容（Csen）電壓之間的關系可得到簡化。

公式8，使DCR采樣電路能夠準確工作的數(shù)學關系

如果公式8的條件成立，則公式7中分數(shù)的分子和分母可以抵消，從而使檢測電容器（Csen）的電壓簡化為公式9的等式。

公式9，公式8的條件成立時，電容器（Csen）上的電壓

大多數(shù)電感規(guī)格書都會給出電感內阻Rdcr的平均值。Rdcr值通常小于1mΩ，平均容差為10%。普通瓷片電容的平均容差也為10%。

另外電感是用金屬線繞制的，由于金屬的溫度系數(shù)較高，電感寄生電阻（Rdcr）的值會隨著溫度漂移，從而導致DCR匹配電路（公式8）失去平衡。電感寄生電阻值的變化可能是由于流過電感的電流發(fā)熱引起的溫度上升或環(huán)境溫度上升造成的。銅的電阻變化率為3.9mΩ/C。電感導線溫度的變化直接影響Rdcr的值。要消除溫度變化的影響，可以使用溫度傳感器來監(jiān)測電感的溫度。從而可以對電感阻值的變化進行溫度補償。

在圖3中，有一個電阻與16位ADC負端（如：ISL28023，數(shù)字電源監(jiān)測器）串聯(lián)，阻值為Rsen + Rdcr，該電阻的用途是用來抵消失調偏置電流在ADC的輸入端產生的偏置電壓的。

如果圖4中的電路是一個開關頻率為900kHz的ISL85415降壓變換器，電感值為22μH，容差為±20%。電感和輸出電容是保證降壓變換器正常工作的，壓穩(wěn)定。Rdcr是電感的寄生電阻。在本例中，Rdcr的典型值為0.185Ω（最大值為0.213Ω）。寄生電阻值因電感的不同有±13%左右的差異。DCR電路Rsen的選擇值為11.8kΩ。使用公式8可計算出DCR電路的匹配電容值Csen等于10nF。假設電容器的容差為±10%。

電感值和電容值都是不能嚴格控制的。如果系統(tǒng)中的DCR電流采樣電路沒有附加的調整電路，那么檢測電容和電感的容差會對電流測量誤差產生什么影響呢？

圖3。圖中曲線顯示了電容容差對電流測量的影響

設計沒有調整功能的DCR采樣電路會導致最高可達35%電流測量誤差，這是由于DCR采樣電路中的電感和電容值的容差造成的。圖3的曲線顯示了不同的電容器容差值產生的測量誤差。如果將Rdcr變化考慮在內，測量誤差會增加到約50%。

采用非易失性數(shù)字電位計（DCP）的簡單微調電路可顯著改善電流測量精度。

圖4。通過使用DCP來調整電路可顯著改進電流測量精度

霍爾效應傳感器

霍爾效應傳感器技術最近取得顯著進步，準確性和抗噪性顯著提高，從而使設計更容易。雖然有了這些進步，但該技術的優(yōu)勢還是僅限于大電流應用，在大電流應用中，霍爾效應傳感器的功耗遠遠低于分流電阻器的功耗。

霍爾效應傳感器通過導體周圍的磁場強度來計算其電流大小?？蓪崿F(xiàn)無損測量電流的目的，霍爾效應傳感器通過測量由電流產生的磁場強度來測量流過電感的電流。非常適合用于電流高于200A的情況下，因為對于大電流應用，檢測電阻的功耗是非常大的。圖5顯示了霍爾效應電流測量的基本概念。

圖5?；魻栃獋鞲衅魇纠?BR>

公式10表示了導線的電流大小與磁場強度間的關系。帶狀走線的表示式會略有不同。為簡單起見，我們使用該公式來討論電流與磁場之間的關系。

公式10，導線的電流與磁場之間的關系

μ0是磁場的磁導率。自由空間的磁導率值μo等于4π*10-7 H/m。值r是電感與線性霍爾效應傳感器之間的距離（米）。變量I是導體的電流。B是磁感應強度（單位：高斯）。