電池供電設(shè)備電流監(jiān)控的三個(gè)要點(diǎn)——你真的做對(duì)了嗎？

　　檢測(cè)監(jiān)控-高邊或者低邊?

　　電流分流器監(jiān)控集成電路，同時(shí)也叫電流檢測(cè)放大器，精確測(cè)量待測(cè)電阻兩端的微小電壓。防止檢測(cè)放大器干擾被測(cè)電壓，這些集成電路具有很高的輸入阻抗。然而，在選擇并聯(lián)顯示器之前，必須做出一個(gè)明智的決定，那就是是否要將電流檢測(cè)電阻放置在負(fù)載的電源電壓軌上(高邊監(jiān)控)。或者負(fù)載的地面點(diǎn)(低邊監(jiān)控)，每一種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　圖：高邊檢測(cè)VS低邊檢測(cè)。

　　低邊檢測(cè)通常是最便宜和最簡(jiǎn)單的方式來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿绻麢z測(cè)電阻的一端在地面系統(tǒng)，并且負(fù)載的另外一端在那些電流待測(cè)的負(fù)載的地面，然后電阻兩端的電壓相對(duì)系統(tǒng)地面可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的引用同一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)放將其放大。然后該放大電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行測(cè)量。

　　但是，低邊檢測(cè)的缺點(diǎn)與其自身的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)，那就是放置一個(gè)電阻在負(fù)載到地的路徑。這種電阻放置導(dǎo)致負(fù)載的地面浮動(dòng)電壓略高于系統(tǒng)地面。這種安排的最常見的問題是潛在的接地回路問題。因?yàn)樨?fù)載與系統(tǒng)中的其他負(fù)載不是在同一個(gè)參考地上。該系統(tǒng)可以開發(fā)一個(gè)可聽噪音，如哼哼，甚至對(duì)附近的設(shè)備產(chǎn)生干擾，包括音頻和視頻的干擾。另外，低邊檢測(cè)不能夠檢測(cè)錯(cuò)誤條件，比如在地面路徑的一個(gè)短路或者開路，由于連接問題或外界干擾引起的。

　　由于這個(gè)原因，低邊檢測(cè)的意義在于處理大電流，一個(gè)孤立的負(fù)載，或其他情況下，系統(tǒng)不受地面路徑影響。

　　高邊檢測(cè)是用于當(dāng)一個(gè)并聯(lián)電阻成列放置在系統(tǒng)電源和負(fù)載之間。這個(gè)配置對(duì)電流的變化更加敏感并且對(duì)系統(tǒng)地添加了免干擾功能。其主要缺點(diǎn)是由于分流電阻不是在系統(tǒng)地面上，差動(dòng)電壓必須被測(cè)量出來，因?yàn)樗枰_匹配合適的差分放大器。然而，它的缺點(diǎn)是消除了一個(gè)來自德州儀器的精密電流分流監(jiān)控器。

　　電流分流監(jiān)控器

　　選擇電流分流監(jiān)控器的幾個(gè)因素：

　　共模范圍：該規(guī)范定義了放大器對(duì)地的輸入允許直流電壓范圍。電流分流監(jiān)控器通常指定接受共模電壓比芯片供電電壓高。比如說。德州儀器的INA225電流分流監(jiān)控器和TI的INA300電流檢測(cè)比較器可以接受的DC電壓是從0v到36V.他們兩者都是非常靈活的，并且可以用于高邊或者低邊監(jiān)控。INA225擁有I2C接口，允許一個(gè)微控制器去讀被監(jiān)控的電流根據(jù)被測(cè)的電壓和功耗。TI的INA282擁有一個(gè)非常寬的共模-14 v + 80 v的范圍以及一個(gè)只有1.5μV/°C低的偏置漂移。

　　偏置電壓：這是在放大器輸入端測(cè)量電壓，假設(shè)正極和負(fù)極輸入是基本一樣的電壓。理想情況下這個(gè)電壓是零，但實(shí)際上它總是一個(gè)非零電壓。小的偏移電壓會(huì)導(dǎo)致巨大的錯(cuò)誤，它可以增加芯片壽命和動(dòng)態(tài)溫度。德州儀器的INA230雙向電流分流監(jiān)控器擁有一個(gè)低至50μV的偏置電壓當(dāng)其溫度范圍是-40 + 125°C時(shí)。然而，對(duì)于最好的精度，這個(gè)TI的INA226在現(xiàn)在的市場(chǎng)上是一款最高精度的電流檢測(cè)監(jiān)控器，其偏置電壓是只有10μV并且一個(gè)共模范圍達(dá)到36V.他們兩者都實(shí)現(xiàn)了一個(gè)I2C系列接口以方便大多數(shù)微控制器接口。

　　共模抑制比(CMRR)：這個(gè)規(guī)范是一個(gè)放大器檢測(cè)和拒收信號(hào)的能力出現(xiàn)在兩個(gè)差分輸入。電路板上的放大器的物理位置可能會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合到輸入上由于熱噪聲，高頻信號(hào)，或者高電流，從而誘導(dǎo)磁電流耦合。德州儀器的大部分電流分流監(jiān)控器有一個(gè)經(jīng)典的共模抑制比高達(dá)140dB，包括INA226，INA210，和INA282.

　　由于電流分流監(jiān)控器有太多的選擇，目標(biāo)電路究竟該使用哪一個(gè)?正如本文所討論，選擇是與系統(tǒng)有關(guān)的。電流分流電阻和監(jiān)控器現(xiàn)在被用于這些以前并不需要進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)，但是現(xiàn)在需要提高電池效率的應(yīng)用。其中例子包括儀表，無線充電電源，平板電腦和手機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備供電，電池和太陽能系統(tǒng)。

　　總結(jié)

　　電流監(jiān)控的需求越來越重要，尤其是對(duì)于電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。電流監(jiān)測(cè)監(jiān)控可以顯著提高系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，越仔細(xì)的選擇合適的組件就越可能延長電池壽命和許多電子系統(tǒng)的壽命。