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【技术分享】微小电流检测放大器学习---基于STM8

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       对于微小电流信号的检测是非常有必要的,这能够得到目标系统当前消耗了多少电流,以此得到其功耗。对于微小电流信号的检测,当前一般有两种方法通过采样电阻把电流信号转为电压信号再放大进行测量,第二种就是通过电磁原理把电流信号转为磁信号进行测量。

       在这里我们主要讨论的是第一种方法,即通过采样电阻把电流信号转为电压信号再测量。
 
第一个问题:采样电阻如何与负载连接?
      即采样电阻接在电路的何处。
      一般来说采样电阻的接法有两种:靠近电源端和靠近地端。靠近地端我们称为低端电流检测其示意如下左图所示,靠近电源端我们称为高端电流检测,其示意如 下右图所示。
      
        
     一般来说我们选择高端电流检测,因为低端电流检测总是存在一些问题,例如如果系统是多点供地的(机壳接地),你如何才能确保采样电阻完全接地呢?
       如果系统中出现了开关,那么就开关或换向负载而言,在开关和负载之间安装检测电阻将给放大器加上大的且可能是高频的共模电压。即使有非常高的共模抑制比,加上大的高频共模电压的放大器也会产生 CMRR 误差。为了避免这种不必要的困难,检测电阻应该挨着电源放置,在这里不会受到换向电压影响。
 
第二个问题:采样电阻的大小如何计算?
       理想情况下,我们希望采样电阻的输入阻抗要尽可能的小,这样才能确保不会对负载分压。同时,我们希望电压检测电路(即上图中蓝色的部分)的输入阻抗要尽可能的大,这样才能确保不从负载分走电流。所以设计电流检测电路时要充分考虑这两点,即用来采样的电阻要尽可能的小,而放大器的输入阻抗要尽可能的大。下面公式表明了放大器的输出电压与输入电流、采样电阻和增益之间的关系:
      
        这时有人就会有疑问了,如果我需要得到大的输出电压的话那只要把Rsense扩大即可?从公式中看来的确如此,这在放大器增益有限时我们可以采取这种折中的方法进行。但是不要忽视一个问题,如果你的Rsense较大的话,其分压效果将十分明显。所以对于采样的电阻的选择是有个限度的,即放大器的输入范围和线路中的最大预期电流将决定采样电阻的最大值:
    
      例如,如果通过检测电阻(ISENSE MAX)的最大预期电流是 50mA,高端电流检测放大器可以接受高达 250mV(VSENSE MAX)的输入,那么最大采样电阻为50Ω(RSENSE_MAX)。
  理想情况下,设计师不应该被迫增加检测电阻以补偿放大器。只要放大器能以足够的增益和增益准确度工作,设计师就应该去关注最小可接受电阻值。这可以从电流检测放大器的输入失调电压算出来,必须分辨的最小电流为:
       RSENSE_MIN = (VOFFSET / IRES)
  例如,如果要求 1mA 分辨率(IRES),高端电流检测放大器的失调电压为 1mV(VOFFSET),那么最小检测电阻为 1Ω(RSENSE MIN)。这突出了一个关键点:最小检测电阻与高端电流检测放大器的失调电压直接相关。
 
      失调电压:当运放两输入为0时,输出都有一定的数值,即失调电压Vos,这个电压一般为几毫伏。亦即当运放的输出电压为0时在输入端所加的补偿电压。