低邊與高邊電流檢測

圖2 充電器采用了低邊電流檢測

因為低邊檢流的共模電壓接近地電位，檢流電壓可以利用一個低成本、低電壓運放進行放大。低邊電流檢測方案簡單而且便宜，但很多應(yīng)用無法接受檢流電阻引入的地線干擾。負(fù)載電流較大時更會加劇這個問題，因為系統(tǒng)中一部分電路的地電位由于低邊檢流電阻而產(chǎn)生偏移，而這部分電路可能與另一部分地電位沒有改變的電路相互聯(lián)系。

為了更好地理解這一問題，設(shè)想采用低邊電流檢測的“智能電池”充電器（見圖2），AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出連接到2線智能電池。這種電池通常通過一條線傳輸電池的具體信息，表示電池的“健康”狀況，而利用另一條連線測量溫度。檢測電池溫度時，通常在電池包內(nèi)采用一個負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，提供一個以電池負(fù)極為參考的比例輸出信號。

如圖2所示，插入的檢流電阻進行低邊檢測。由電池電流產(chǎn)生的檢測電壓經(jīng)過放大并反饋到控制器，提供必要的功率調(diào)節(jié)。由于檢測電壓隨電池電流變化，因此改變了電池負(fù)極的電壓，造成溫度輸出的不準(zhǔn)確。
低邊檢測的另一個主要缺點是：無法檢測電池與地意外短路時的短路電流。圖2中，電源正極與地短路時將造成極大的電流，足以損壞MOSFET開關(guān)（S1）。盡管存在這些缺陷，由于電路簡單、成本較低，對于那些不需要短路保護的應(yīng)用，并且可以忍受地線干擾時，低邊檢測不失為一個極具吸引力的方案。

為什么選擇高邊檢測
高邊電流檢測（見圖1(b)）將檢測電阻放置在高側(cè) ―― 電源與負(fù)載之間，不僅消除了低邊檢測中出現(xiàn)的地線干擾，而且能夠檢測電池與系統(tǒng)地的短路故障。

然而，高邊檢測要求檢流放大器能夠處理接近電源電壓的共模電壓，這個共模電壓根據(jù)具體應(yīng)用而變化：監(jiān)測處理器核電壓時大約為1V，在工業(yè)、汽車和電信應(yīng)用中可能達到數(shù)百伏。例如，筆記本電腦的典型電池電壓為17～20V，汽車應(yīng)用中電池電壓為12V、24V或48V，電信應(yīng)用中電壓通常為48V。此外，高邊電流檢測還可能用在更高電壓應(yīng)用中，如高壓電機控制、雪崩光電二極管（APD）、PIN二極管以及高壓背光LED。因此，高邊檢流放大器需要解決的一個關(guān)鍵問題是處理高共模電壓的能力。

傳統(tǒng)的高邊檢流放大器
在典型的5V供電低壓應(yīng)用中，高邊檢流放大器可以用簡單的儀表放大器（IA）實現(xiàn)。但IA架構(gòu)有一定的局限性，例如：限制輸入共模范圍。另外，IA的價格相對較高，而且當(dāng)共模電壓較高時，低壓IA無法滿足工作要求。由此可見，高壓是高邊檢流放大器所面臨的設(shè)計挑戰(zhàn)。

圖3 傳統(tǒng)的高邊檢流放大器

解決這個問題的直接方案是利用電阻分壓器按一定比例降低高邊共模電壓，使其處于檢流放大器的輸入共模范圍內(nèi)。然而，這種方式增大了電路板尺寸并提高了設(shè)計成本，而且無法獲得精確的測量結(jié)果，以下給出了具體解釋。