硬件工程师要掌握的两种基本电流检测电路

前言

使用电流检测电阻采样电流，是测量电流的首选技术。为了不对电流产生不利影响，它们具有较小的阻值，从而在它们之间产生成比例的小电压。利用放大这种小电压的电路，通过模数转换器 (ADC) 进行转换。分流电阻器两端的小电压通常从几十或几百毫伏放大到十分之一伏或几伏。运算放大器将分流电阻器上产生的小差分电压转换为 ADC 可用的电压。

测量电流的最简单方法是使用分流电阻器（最左侧），通过该电阻器产生的电压与流过它的电流成正比。运放会放大分流电阻器上的低电压，以便使采集到的电压在 ADC 的整个测量范围。电流检测电路一般有两种拓扑，分别是高侧法和低侧法。

电流检测电阻采样电流

低侧法

低侧电流测量将电流分流电阻置于负载和地之间。

低侧法

低侧电流测量易于实施，因为电流分流电阻器上的检测电压以地为参考。在这种配置中，检测电压不会依赖于更高的电压，因此不需要共模抑制。低边测量方法是最简单、成本最低的方法。低压侧电流测量的缺点是由于放置了分流电阻器，负载不再以地为参考，导致负载的低压侧比地高几毫伏。如果负载和地之间存在短路，则没有接地参考可能会成为问题。例如，如果金属封闭负载（例如电机）的绕组对其接地参考情况下短路，则可能发生这种短路。电流检测电阻可能无法检测到这种短路。

高侧法

高压侧电流测量在电源和有源负载之间插入分流电阻器：

高侧法

与低侧测量相比，高侧电流测量有两个关键优势。首先，很容易检测到源自负载内部对地的短路，因为由此产生的短路电流将流过分流电阻器，在其两端产生电压。其次，这种测量技术不是以地为参考的，因此流经地平面的高电流产生的差分地电压不会影响测量。

高侧电流测量技术有一个主要缺点。它要求电流检测放大器具有高共模抑制，因为在分流器两端产生的小电压刚好低于负载电源电压。

汇总

电流检测放大器将分流电阻器上产生的低电压转换为与 ADC 转换更兼容的更大电压。有两种可能的电流检测测量类型：低侧和高侧。低边测量在负载和地之间插入电流检测电阻，而高边测量在电源和负载之间插入电流检测电阻。低侧和高侧测量配置各有优缺点，因此选择需要针对给定应用进行一些思考和考虑。