电流丈量可用于监测许多纷歧样的参数，输入功率即是其间之一。有许多采样元件都可用来丈量负载电流，但没有一种元件能够掩盖悉数运用。每种采样元件都有其利益和缺陷。比方，分流电阻器的功耗会致使体系功率降低，而且电流流过火流电阻器发作的压降太大不适宜低输出压的运用。DCR（电感直流阻抗）电流查看电路的利益是能够无损的遥测开关电源中的电流，但DCR采样电路的采样精度取决于外围参数（R,C）与电感器的匹配精度。霍尔传感器的利益是能够无损的长途丈量较大的电流，缺陷是易受环境噪声的影响不简略方案。

　　总归，关于详细的运用，只需了解每种办法的利益和缺陷，才干够充沛运用电流查看范畴的最新技能来改进丈量精度。

　　分流电阻器

　　只需在方案和挑选查看电阻器时多加留神，即可运用分流电阻器来简略直接地丈量电流。查看电阻器的额定功率和温度系数对方案高精度的电流丈量体系十分要害。由欧姆规矩可知，在体系方案中运用查看电阻器并非难事。其缺陷是查看电阻器会发作压降，耗费功率，降低了运用的功率。

　　在挑选感测电阻器阻值时，有必要要知道查看电阻器上的最大压降和最大电流丈量值。

　　首要，查看电阻器上的压降要尽量小，以降低查看元件的功耗，削减发热，查看电阻发热越少，温度改动也越小，阻值随温度的改动也越小，其全方案电流查看的精度和安稳性也会越好。

　　由于大大都电流查看运用中，最小和最大电流都是已知的，方案工程师需求选定分流电阻器的最大压降。比方，假定被测电流是双向的，最大分流器压降定为±80mV,最大丈量电流为±十0A。分流电阻器的阻值能够运用公式1来核算。

　　公式1,运用欧姆规矩来核算分流电阻器阻值。

　　对这个比方来说，分流电阻器阻值Rsense的核算效果为0.8mΩ。表1是别的满量程电流状况下分流电阻器阻值的列表。

　　表1 对应满量程电流值和分流电阻器阻值以及最小额定功率。

　　查看电阻器的最小额定功率用公式2来核算。

　　公式2,核算感测电阻器的最小额定功率。

　　假定查看电阻器的最小额定功率核算效果为8W。通常履历是挑选公式2核算的额定功率的2倍。这么一来，即使流过火流电阻器的电流偶然大于其最大电流，感测电阻器也不至于发作缺陷。实习上，所挑选的查看电阻器的额定功率与核算效果的比率越大，电阻器在大电流运用中的温升就越小。

　　查看电阻器的温度系数（TC）会直接影响电流丈量的精度。查看电阻器的环境温度改动及电阻器的功耗致使的温度改动都会致使查看电阻器阻值的改动。纷歧样电流下电阻器温度改动与电阻器的额定功率成反比。查看电阻器温度改动致使的阻值的改动，又会影响体系丈量精度的改动。由于温度添加而构成的电阻器的阻值改动可用公式3来核算。

　　公式3,核算温度改动时阻值的改动。ΔTemperature是温度改动值（单位：摄氏度）。RsenseTC是查看电阻器的温度系数。Rsense是感测电阻器在初始温度下的阻值。

　　查看元件阻值的改动与流过电阻器的电流成正比。查看电阻器的封装规范也能够影响了其温升。挑选查看电阻器时还应当思考感测元件封装首要参数的热阻Θja。Θja是指电阻器与电阻器外部环境之间的热阻。表2列出了多见表贴封装的热阻。

　　表2,表贴电阻器热阻，引自Vishay运用阐明书28844和60122

　　由表2能够看出，封装越小，热阻越大。

　　例如，阻值为0.8mΩ的查看电阻器在流过它的电流为50A时会发作2W功耗，其温度改动可用公式4来核算。

　　公式4,流过感测电阻器的电流与电阻器的温度改动之间的联络式。

　　在公式4中，I2*Rsense是分流电阻器耗散的功率。Θja是所选感测电阻器的热阻。假定查看电阻器的封装规范是2512,则电阻器的温度改动核算值为50℃。假定RsenseTC为十0ppm/℃，运用公式3核算的阻值改动为4μΩ，4μΩ如同不是一个很大的改动，但可比照阻值改动与总阻值的份额，流过电阻器的50A电流时，额定阻值改动0.5%,然后致使0.5%电流丈量过错。

　　由图1可知，电阻器发热而致使的电流丈量过错。越小的封装越简略发热，而且，越小的封装能容许发热功率也越低。在坚持较小封装的状况下，想要添加电阻的额定功率，能够选用较宽封装。例如，0406封装的热阻大概等于1206封装的热阻。

　　图1.由电阻器自热构成的电流丈量过错曲线

　　实习运用中，咱们常常难以买到参数适宜的分流电阻器，通常要么是分流电阻器的阻值不存在，要么是分流电阻器的额定功率太低，为了处理该疑问，能够运用并联两个或更多分流电阻器的办法来丈量电流。

　　电感直流电阻（DCR）

　　DCR电流采样电路是一种无损的采样电路，其电路板空间也较小。但这种电路需求调试才干精确的采样，其需求在出产时选用额定的进程来保证电路的精确作业。别的无源元件的容差也会构成电路间查验精度的纷歧样，如电感的温度系数及电容的容差都会添加电流采样的禁绝确性。全体看来，DCR采样电路适宜适大略的丈量电流，其能够满意开关电源中无损电流采样的意图。DCR采样电路常用于低输出电压的运用（在此类运用中，若用电阻器采样，其压降会占输出电压很大的百分比）。低输出电压通常指低于1.5V的输出电压。

　　图2.DCR电路的简略原理图

　　DCR电流查看电路也能够抵达电阻器查看电流的意图。DCR电流查看电路是运用电感器寄生电阻来丈量负载电流的。其能够长途丈量流过开关稳压器电路中电感的电流。由于没有运用额定的元件与负载串联，故称之为无损电流采样电路。

　　运用适宜的DCR匹配电路能够使其对与ADC来讲，采样电阻的值就等于电感的内阻。图2是一个DCR采样电路的简略原理图。在推导电感电流与ADC输入电压间的传递函数之前，咱们先来回想一下在拉普拉斯域内电感和电容的电抗界说。

　　公式5,电容的容抗公式和电感的感抗公式。Xc是与频率有关的电容阻抗，XL是与频率有关的电感阻抗。ω等于2πf.f是稳压器的开关频率。由欧姆规矩可知，流过电感的电压（DCR采样电路中），由公式6界说。

　　公式6,DCR电路中电感的电压公式。在公式6中，Rdcr是电感的寄生电阻。电感（L）和寄生电阻（Rdcr）的电压降与电阻（Rsen）和电容（Csen）的压降一样（并联联络）。公式7是依据电感电流（IL）界说的电容器（Vcsen）的电压。

　　公式7,标明电容（Csen）的电压。

　　假定公式8树立，则电感负载电流（IL）与电容（Csen）电压之间的联络可得到简化。

　　公式8,使DCR采样电路能够精确作业的数学联络。

　　假定公式8的条件树立，则公式7平分数的分子和分母能够抵消，然后使查看电容器（Csen）的电压简化为公式9的等式。

　　公式9,公式8的条件树立时，电容器（Csen）上的电压。

　　大大都电感规范书都会给出电感内阻Rdcr的均匀值。Rdcr值通常小于1mΩ，均匀容差为十%。通常瓷片电容的均匀容差也为十%。

　　别的电感是用金属线绕制的，由于金属的温度系数较高，电感寄生电阻（Rdcr）的值会跟着温度漂移，然后致使DCR匹配电路（公式8）失掉平衡。电感寄生电阻值的改动或许是由于流过电感的电流发热致使的温度上升或环境温度上升构成的。铜的电阻改动率为3.9mΩ/C。电感导线温度的改动直接影响Rdcr的值。要消除温度改动的影响，能够运用温度传感器来监测电感的温度。然后能够对电感阻值的改动进行温度抵偿。

　　在图3中，有一个电阻与16位ADC负端（如：ISL28023,数字电源监测器）串联，阻值为Rsen + Rdcr,该电阻的用处是用来抵不见调偏置电流在ADC的输入端发作的偏置电压的。

　　假定图4中的电路是一个开关频率为900kHz的ISL85415降压改换器，电感值为22μH,容差为±20%。电感和输出电容是保证降压改换器正常作业的，压安稳。Rdcr是电感的寄生电阻。在本例中，Rdcr的典型值为0.185Ω（最大值为0.213Ω）。寄生电阻值因电感的纷歧样有±13%分配的区别。DCR电路Rsen的挑选值为11.8kΩ。运用公式8可核算出DCR电路的匹配电容值Csen等于十nF。假定电容器的容差为±十%。

　　电感值和电容值都是不能严峻操控的。假定体系中的DCR电流采样电路没有附加的调整电路，那么查看电容和电感的容差会对电流丈量过错发作啥影响呢？

　　图3.图中曲线闪现了电容容差对电流丈量的影响

　　方案没有调整功用的DCR采样电路会致使最高可达35%电流丈量过错，这是由于DCR采样电路中的电感和电容值的容差构成的。图3的曲线闪现了纷歧样的电容器容差值发作的丈量过错。假定将Rdcr改动思考在内，丈量过错会添加到约50%。

　　选用非易失性数字电位计（DCP）的简略微调电路可明显改进电流丈量精度。

　　图4.经过运用DCP来调整电路可明显改进电流丈量精度

　　霍尔效应传感器

　　霍尔效应传感器技能近期获得明显跋涉，精确性和抗噪性明显跋涉，然后使方案更简略。尽管有了这些跋涉，但该技能的优势仍是仅限于大电流运用，在大电流运用中，霍尔效应传感器的功耗远远低于分流电阻器的功耗。

　　霍尔效应传感器经过导体周围的磁场强度来核算其电流巨细。可完毕无损丈量电流的意图，霍尔效应传感器经过丈量由电流发作的磁场强度来丈量流过电感的电流。十分适宜用于电流高于200A的状况下，由于关于大电流运用，查看电阻的功耗对错常大的。图5闪现了霍尔效应电流丈量的底子概念。

　　图5.霍尔效应传感器示例

　　公式十标了解导线的电流巨细与磁场强度间的联络。带状走线的标明式会略有纷歧样。为简略起见，咱们运用该公式来议论电流与磁场之间的联络。

　　公式十,导线的电流与磁场之间的联络。μ0是磁场的磁导率。安闲空间的磁导率值μo等于4π*十-7 H/m.值r是电感与线性霍尔效应传感器之间的距离（米）。变量I是导体的电流。B是磁感应强度（单位：高斯）。

　　图6、图5中电路的周围面概括图

　　从公式十能够看出，磁场强度随导体与传感器之间的距离添加而减小。线性霍尔效应传感器将丈量的磁场强度改换成电流或电压输出。传感器的增益以mV/G或mA/G标明。有些丈量以特斯拉来标明该增益。1特斯拉等于十,000高斯。

　　假定流过一条走线（线基地与霍尔效应芯片的基地距离为0.03m）的电流为200A。那么霍尔效应芯片测到的磁场强度是多少？假定传感器的增益为5mV/G,那么传感器的输出电压是多少？

　　运用式中的联络可知，磁场强度为13.33G.电感器输出的核算效果等于66.67mV。

　　线性霍尔效应传感器是有源器材，作业电流为3mA-十mA。传感器的均匀噪声级约为25mV或5G。因而在低电流或走线与传感器距离较大时，线性霍尔效应传感器并不是个好挑选。

　　电流走线和传感器地址的环境对丈量弱磁场具有首要影响。线性霍尔传感器丈量的是查验方位的总的磁场强度。传感器邻近的别的的电流走线会改动传感器地址方位的磁场，并终究影响丈量的精度。别的传感器还会丈量环境磁场的改动，开关型电动机或辐射能量的任何设备都或许致使环境磁场的改动。

　　减小环境对传感器丈量影响的办法之一是用磁屏蔽，将电流走线和霍尔效应传感器封起来。如图7,闪现了将走线和磁场强度传感器包起来的金属外壳。这个金属外壳称为“法拉第笼”。

　　图7.经过屏蔽导体和传感器可改进弱磁场丈量效果

　　图7中的屏蔽应当以尽或许小的阻抗接地，由于大地是最安稳的参照基准，这么接能够改进屏蔽的效果。

　　近期，新出了一种集成了电流转路，温度抵偿，和屏蔽外壳的霍尔效应传感器。其电流转路的集成，能够使电流走线与传感器芯片的距离固定下来，简化了流过导体的电流与传感器输出电压之间的增益核算。集成化的处理方案可简化霍尔效应传感器在实习丈量运用中的方案和方案，由于用户无需忧虑导体与传感器的距离以及传感器地址的环境。图8是这种集成处理方案的简化电路图。

　　图8.集成电流转路的霍尔效应传感器简化电路图

　　完毕语

　　尽管每种采样电流的方案都不是完美的，但知道各种办法的优缺陷，将有助于方案工程师挑选最适宜其体系的处理方案。

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