Gustavo Castro

電流測量在眾多應用中至關重要，包括執行器控制、測試和測量、傳感器調節和電能計量等。根據應用的不同，設計工程師必須確定檢測和調節電路中流動電流的最佳方法1.當有多個選項可用時，就會出現問題。例如，在精密電流測量中，可以使用分立式運算放大器來構建跨阻放大器，或者使用許多集成放大器選項之一，那么哪種放大器最適合測量特定應用中的電流？

很明顯，電流需要與所討論的電路串聯測量，并且應該在不增加負擔的情況下進行。通常，電阻器等小型分流器件會導致產生小電壓，在進一步操作之前需要放大和/或電平轉換。分流器的電阻相對較低，以最大限度地減輕其負擔，在某些情況下，還可以降低功耗。在任何情況下，它都帶來了處理小電壓的挑戰。此外，分流器可能不接地，這意味著應以差分方式測量電壓，并將其從可能的水平向下移動到不斷變化的水平。根據應用的不同，電流水平可能會從阿安到幾安培等許多數量級變化。為了簡化選擇過程，讓我們回顧一些選項及其用例。

在電流路徑上插入分流器（圖1a）并使用運算放大器緩沖或放大它可能是最直接的方法，但它不提供任何電平轉換。該方法可用于低側電流檢測。通過降低分流值和增加放大器增益，只需實現負載電壓最小化（圖 1b），但這通常會降低噪聲和精度。將負載電壓降至最低（尤其是涉及低電流時）的更好方法是跨阻放大器電路（TIA），也稱為電流-電壓轉換器（或I-V轉換器）。圖1c顯示了使用TIA相當于將分流器包裹在運算放大器周圍，目的是將負載電壓降低到幾乎為零2.只要電流低于運算放大器的輸出電流限值（通常在mA范圍內），這就可以很好地工作。由于負載電壓低且恒定，TIA通常用于測量光電二極管等傳感器的電流輸出，并獲得極其精確的結果。TIA有時可能不切實際，例如當我們想要測量的電流不在負載的接地側時。這是遠程環路中的高端電流檢測或電流測量的情況。儀表放大器（儀表放大器）是方便且高精度的設備，可以在這里使用（圖 1d）。它們已成功用于許多高精度電流測量，包括4 mA至20 mA環路接收器、電能計量和傳感器接口等。

圖1.電流檢測拓撲。

在某些情況下，分流器位于共模電壓擺幅之上，可能超過傳統放大器的電源范圍，從而使系統過于昂貴（例如，需要隔離）。與儀表放大器不同，差動放大器和電流檢測放大器IC在存在大換向共模電壓的情況下進行電流測量。它們是經濟高效且堅固耐用的選項，在電機和執行器控制中效果很好。

在開始新的電流檢測設計之前，請考慮上述選項，并確保查看一些在線設計工具，例如光電二極管向導和儀表放大器的菱形繪圖工具。光電二極管向導也可用于設計適當補償的TIA，即使它不適合與光電二極管一起使用，假設傳感器或電纜電容已知。菱形圖工具可以根據分流器的工作范圍立即顯示儀表放大器的工作區域。或者訪問EngineerZone，了解其他人做了什么。我希望這些選項能幫助您找出最適合您當前檢測應用的選項。

審核編輯：郭婷