我目前正在研究一個號稱“無損耗的”電流檢測設計（參見下麵的電路圖片段）。有電阻存在它是如何實現無損耗的呢
？ 另外，電容器的作用是什麼？ 它看起來像個濾波器
，但又似乎不對，有許多需要濾波的噪音嗎？ 這個電路有效嗎？ 我是一個有著豐富閱曆的人
，因此我知道凡人是無法達到完美境界的。該電路有哪些危險性和局限性？

 

—Vijay in Vallejo

您好
，Vijay。確實，我一切都好
，事實上是更好。我剛完成了一個跨州的頭等艙（隻會是頭等艙）長線飛機旅行，在林肯中心欣賞了大都市歌劇院演出的雅克·奧芬巴赫未完成的傑作《霍夫曼的故事》。raner
，ninxiexingeiwodemudebushitaolunfaguogeju，danwoxiwangninkeyizongrongwoyixia，wozaigongzuoshijiuxiangxiangchengwozhengzaihuiwuzheshoubi，fuhezhenanzhongyingeshouzhongyan。

 

與電感器串聯的電阻表示電感器的串聯電阻。該繞線電阻始終存在。我們可以最小化該電阻，但卻不能消除它。之所以說 ESR 檢測電路沒有損耗，是因為我們沒有添加任何額外的電流檢測電阻，我們隻是使用不可避免的電阻。

 

正如你所猜測的，電容器不是濾波器，但可以視為一個重建器件
，其電容電壓是電感電流的模擬。

 

我會擴展您的電路並包括更多典型元件。在圖 1 中
，注意添加的典型同步降壓開關節點波形以及產生的電感電流。說明： 節點數量與 PSPICE 文件匹配。

如何選擇 R2 和 C1？ 很簡單，設置 L/R = RC

，因而 RL 網絡的阻抗與 RC 網絡的阻抗匹配
；由於網絡匹配，電容器兩端的電壓模擬電感器電流。說明： 若 VC 過度驅動電流檢測放大器
，R3 就可用來縮放VC。說明： 若使用 R3，則阻抗匹配計算中所用的 R 應該是 R2 和 R3 並聯等效值。為了利用一定的濾波，我們通常希望 C1 至少為 0.1μF。

我們可以看到 VC模擬 IL（如圖2模擬所示），其中綠色曲線是電感器電流，而紅色曲線是電容器電壓。可以看到波形匹配得很好。

圖3波形是通過簡單的 PSPICE 仿真繪製的。說明： 曲線自 950 uSec 開始，允許諧振 LC（其中 C 是指大容量輸出電容）網絡達到接近穩態。還請注意用於覆蓋波形的 Y 軸比例。

圖3這個電路有效嗎

？ 當然有效
，這個電路在業界很常見
，用於很多地方。

 

您最後那個關於危險性和局限性的問題很富有洞察力。該電路有哪些問題呢
？

 

首先，為了處理更高的電流，我們使用較大的銅導線，電感器的 ESR 就會降低。這意味著 VC波形的幅度會變小而對應的信噪比會變差。在我們的例子中，注意對於 36.5 A 的電流
，我們得到 8.92 mV 的 VC信號。在嘈雜的電源環境中
，很難測量沒有顯著噪聲耦合的毫伏信號，我們總是推薦使用差分跟蹤路由、隔離和屏蔽，尤其是對於開關節點的振鈴。當然
，更低電流的信噪比更差，其中，VC接近微伏，這樣低電流測量就更加不準確。

 

測得電流的容差堆積存在更大的問題。電感器 ESR 可能有一個初始±7%的容差。銅的正溫度係數每度大概增加 0.4%。對於 75 度的溫升，這意味著 290 uOhm 銅電阻大概增加 87 微歐 (+30%)。實際上
，很難使得整體 ESR 電流檢測精度高於 ±15%
，盡管可以通過溫度補償電路實現一定程度的改善。

 

為了方便討論，我們可以假設您正在設計一個提供 35 A 穩態電流的電路。為了避免錯誤觸發瞬態負載，可以將 OCP（過流保護）觸發電流設置為 50 A。假設整體誤差為 15%。這就說，當您認為輸出電流是 50 A 時，它實際上要高出 15% (57.5A)。那麼
，現在您設計的電路必須能夠以無損方式以 57.5 A 的恒流運行，盡管您通常隻使用 35 A。這(zhe)就(jiu)是(shi)大(da)量(liang)過(guo)度(du)開(kai)銷(xiao)，而(er)過(guo)度(du)設(she)計(ji)耗(hao)費(fei)的(de)是(shi)真(zhen)實(shi)的(de)金(jin)錢(qian)。有(you)一(yi)個(ge)選(xuan)擇(ze)是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)精(jing)密(mi)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)與(yu)電(dian)感(gan)器(qi)串(chuan)聯(lian)。這(zhe)會(hui)提(ti)高(gao)精(jing)度(du)，但(dan)會(hui)花(hua)費(fei)金(jin)錢(qian)並(bing)浪(lang)費(fei)功(gong)率(lv)——這樣的事情會使設計管理團隊血壓升高。

 

正是由於這些顧慮，如今對電流檢測的關注度才這麼高，並且為提高電流檢測電路的精度度作出了很大的努力。

 

現在，在進行了這麼多的武斷討論後，抱歉，我可以用含鉛水晶玻璃杯小酌一杯令人神清氣爽的單麥芽威士忌了。不摻水的。