從理論上講，電流感測電路的設計通常是基于簡單的測量，該測量是基于與要感測的電流串聯放置的電阻兩端產生的IR電壓的簡單測量。從理論上講。但是在實踐中，復雜的因素有時會結合在一起，使之變得更加有趣。

例如，為了最大程度地降低電流采樣電阻器中的效率和功率損耗，其電阻通常限制為毫歐，IR電壓發展為毫伏，并且產生的小信號可能會繼續存在，需要從共模中提取大型噪聲組件陪伴的10伏（有時為100伏）伏特電源軌的安裝。這些設計挑戰反映在許多創新拓撲和專用設備的開發中（僅后者就有52種來自ADI！）。

這個設計思想從另一個角度解決了這個經典問題。它僅使用通用組件，即可實現與任一極性的DC源以及AC兼容的光隔離（因此具有共模免疫）電流檢測拓撲。由此產生的電路可以說是通用 電流傳感器，它也很便宜，因為它的任何部件成本都不超過1美元。它是這樣工作的（圖1）。

圖1此設計思路的光隔離雙極電流檢測原理圖

參考該原理圖，分流電阻器Rs填補了通常的電流采樣電阻的作用，在此示例中，Rs = 5毫歐時，將測量滿量程因子設置為Is = 0.1 / Rs = 20安培。但是，通過選擇合適的電阻器，可以選擇幾乎所有的滿量程電流。由Rs產生的電壓Vs由光電耦合器O1和O2的串聯LED采樣，根據經典二極管方程式的變化形式（從制造商的數據手冊I / V曲線中圖形化地得出）：

I F（安培） = e （V – 1.45）/0.065）盡管LED具有出色的發光能力，但只要將I F限制在其最大額定電流的?0.0001至0.1th之內，LED仍然只是皮膚下的二極管，其對數/指數功能非常有用。有用的對數/指數計算的類似標準也適用于此處同樣使用的1N4001。

O1和O2 LED的背對背串聯連接減去并抵消了固定的1.45V二極管方程，剩下由Rb提供的偏置電流Ib（標稱值為2mA）按比例分配：

I F2 / I F1 = e （Vs / 0.065），

從Vs = 0（零電流）時的1.00變化至：

在Vs = 100mV（20A x 0.005歐姆）時e （0.1 / 0.065） = e （1.54） = 4.66。

請注意，分流的比率與Ib的精確大小無關，因此基于比率的電流測量的精度在很大程度上不受Ib的影響，因此不受電源電壓變化的影響。還要注意比率計算對電流反轉的響應能力：

例如， 在Vs = ?100mV時I F2 / I F1 = e （Vs / 0.065） = e （?1.54） = 1 / 4.66 = 0.215

盡管這些數字會隨溫度的變化而變化，但與LED的溫度無關，只要LED的溫度在它們共享的封裝中相互跟蹤即可。而且，由于每個LTV-844發射器實際上包括一對反并聯連接的相同LED，所以施加電壓的反向僅將發射從該對中的一個LED切換到另一個LED，從而使電流檢測功能受到影響。這提供了前面提到的雙極性和交流功能。

然后，O1 / O2 LED的發射與I F2 / I F1的比例成比例，從而導致耦合的光電晶體管集電極電流（CTR?80％@ I F = 1mA）具有相似的比率，輸入到D1和D2，產生正向電壓根據二極管方程式的1N4001計算：

V 1N4001 = 0.91 + 0.051 log e（IF）

V 1N4001的差分 求和結果為：

A1的輸出= Vd2 – Vd1 =（（-（0.91 + 0.051 log e（I F1））-（-（0.91 + 0.051 log e（I F2）））= 0.051 log e（I F1 / I F2）

然后，由反饋放大器A3控制的參考光O3和O4的D3，D4和A2從相同的對數比計算中減去此信號。最終結果是，在使A2的輸出為零時，A3隱式計算出O3 / O4的驅動信號，該信號精確且線性地鏡像了O1 / O2處的電流檢測信號。該信號被A4縮放以成為最終的電流檢測輸出，并帶有一個可選的Cavg積分電容器來過濾由檢測AC產生的全波整流波形。如果沒有Cavg，傳感器的帶寬大約為50kHz。使用Cavg時，在60Hz時《1％的紋波大約為0.8Hz（RC = 200ms）。

輸出信號的極性反映了電流是從IN流向OUT端口（正），還是從OUT流向IN（負）。這在電池狀態監視中很有用，在該狀態下，輸出信號的簡單積分將反映電池凈放電與電荷的關系。

零（偏移）和校準（增益）微調器可提供對有源設備中生產變化的調節和校正。二極管方程項的溫度靈敏度的最佳消除是通過安裝對數比計算二極管D1 – D4的熱接近度和optos O1 – 4共用一個共用封裝來實現的。這是由于D1的唯一特性而簡化的。 –真正重要的D4模擬計算是它的標志。

最終的電流傳感器價格便宜，用途廣泛且堅固耐用，能夠消除超過20倍滿量程的電流瞬變（Rs熱容量是限制因素）和大的共模差動（LTV-844的額定電壓為5kV） ！）。

— W. Stephen Woodward是EDN最豐富和創新的Design Ideas作家之一，還是儀器，傳感器和計量學的自由顧問。

編輯：hfy