高低邊電流檢測(cè)技術(shù)分析

　　因?yàn)榈瓦厵z流的共模電壓接近地電位，檢流電壓可以利用一個(gè)低成本、低電壓運(yùn)放進(jìn)行放大。低邊電流檢測(cè)方案簡(jiǎn)單而且便宜，但很多應(yīng)用無(wú)法接受檢流電阻引入的地線干擾。負(fù)載電流較大時(shí)更會(huì)加劇這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橄到y(tǒng)中一部分電路的地電位由于低邊檢流電阻而產(chǎn)生偏移，而這部分電路可能與另一部分地電位沒(méi)有改變的電路相互聯(lián)系。

　　為了更好地理解這一問(wèn)題，設(shè)想采用低邊電流檢測(cè)的“智能電池”充電器（見(jiàn)圖2），AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出連接到2線智能電池。這種電池通常通過(guò)一條線傳輸電池的具體信息，表示電池的“健康”狀況，而利用另一條連線測(cè)量溫度。檢測(cè)電池溫度時(shí)，通常在電池包內(nèi)采用一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，提供一個(gè)以電池負(fù)極為參考的比例輸出信號(hào)。

　　如圖2所示，插入的檢流電阻進(jìn)行低邊檢測(cè)。由電池電流產(chǎn)生的檢測(cè)電壓經(jīng)過(guò)放大并反饋到控制器，提供必要的功率調(diào)節(jié)。由于檢測(cè)電壓隨電池電流變化，因此改變了電池負(fù)極的電壓，造成溫度輸出的不準(zhǔn)確。

　　低邊檢測(cè)的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是：無(wú)法檢測(cè)電池與地意外短路時(shí)的短路電流。圖2中，電源正極與地短路時(shí)將造成極大的電流，足以損壞MOSFET開(kāi)關(guān)（S1）。盡管存在這些缺陷，由于電路簡(jiǎn)單、成本較低，對(duì)于那些不需要短路保護(hù)的應(yīng)用，并且可以忍受地線干擾時(shí)，低邊檢測(cè)不失為一個(gè)極具吸引力的方案。

為什么選擇高邊檢測(cè)

　　高邊電流檢測(cè)（見(jiàn)圖1（b））將檢測(cè)電阻放置在高側(cè) —— 電源與負(fù)載之間，不僅消除了低邊檢測(cè)中出現(xiàn)的地線干擾，而且能夠檢測(cè)電池與系統(tǒng)地的短路故障。

　　然而，高邊檢測(cè)要求檢流放大器能夠處理接近電源電壓的共模電壓，這個(gè)共模電壓根據(jù)具體應(yīng)用而變化：監(jiān)測(cè)處理器核電壓時(shí)大約為1V，在工業(yè)、汽車和電信應(yīng)用中可能達(dá)到數(shù)百伏。例如，筆記本電腦的典型電池電壓為17～20V，汽車應(yīng)用中電池電壓為12V、24V或48V，電信應(yīng)用中電壓通常為48V。此外，高邊電流檢測(cè)還可能用在更高電壓應(yīng)用中，如高壓電機(jī)控制、雪崩光電二極管（APD）、PIN二極管以及高壓背光LED。因此，高邊檢流放大器需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是處理高共模電壓的能力。

傳統(tǒng)的高邊檢流放大器

　　在典型的5V供電低壓應(yīng)用中，高邊檢流放大器可以用簡(jiǎn)單的儀表放大器（IA）實(shí)現(xiàn)。但I(xiàn)A架構(gòu)有一定的局限性，例如：限制輸入共模范圍。另外，IA的價(jià)格相對(duì)較高，而且當(dāng)共模電壓較高時(shí)，低壓IA無(wú)法滿足工作要求。由此可見(jiàn)，高壓是高邊檢流放大器所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　圖3 傳統(tǒng)的高邊檢流放大器

　　解決這個(gè)問(wèn)題的直接方案是利用電阻分壓器按一定比例降低高邊共模電壓，使其處于檢流放大器的輸入共模范圍內(nèi)。然而，這種方式增大了電路板尺寸并提高了設(shè)計(jì)成本，而且無(wú)法獲得精確的測(cè)量結(jié)果，以下給出了具體解釋。