【導讀】隨sui著zhe功gong能neng安an全quan要yao求qiu日ri益yi受shou到dao重zhong視shi

，改gai進jin係xi統tong診zhen斷duan功gong能neng勢shi在zai必bi行xing。其qi中zhong
，電dian流liu測ce量liang便bian是shi診zhen斷duan評ping估gu的de一yi項xiang重zhong要yao內nei容rong。要yao確que定ding設she計ji的de測ce量liang精jing度du，務wu必bi要yao了le解jie誤wu差cha源yuan。

正如之前在信號鏈基礎知識 #141zhongsuoshu，lejieruhejiedushujubiaoduiyujisuangaocedianliuceliangdejingdufeichangzhongyao。ciwai
，lejiewaibuyuanjiandeyingxiangduiyuhuodezhengquededianliuceliangjieguoyezhiguanzhongyao。

高側電流檢測實現

在高側配置中，有兩種常用的電流測量方法：

●     使用差分運算放大器
，如圖1所示。

圖1 用於高側電流測量的運算放大器電路

使用電流檢測放大器，如圖2所示。

圖2 用於高側電流測量的電流檢測放大器電路

這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)一(yi)些(xie)根(gen)本(ben)的(de)區(qu)別(bie)，主(zhu)要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)集(ji)成(cheng)了(le)增(zeng)益(yi)電(dian)阻(zu)器(qi)網(wang)絡(luo)，而(er)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)則(ze)使(shi)用(yong)外(wai)部(bu)分(fen)立(li)式(shi)電(dian)阻(zu)器(qi)作(zuo)為(wei)其(qi)增(zeng)益(yi)網(wang)絡(luo)。無(wu)論(lun)您(nin)使(shi)用(yong)哪(na)種(zhong)方(fang)案(an)
，基(ji)本(ben)係(xi)統(tong)傳(chuan)遞(di)函(han)數(shu)都(dou)適(shi)用(yong)，如(ru)公(gong)式(shi)1所示：

   公式1

其中

●     y是輸出電壓 (V_OUT)。

●     m 是係統增益，對於此係統為R_SHUNT×G。G是為大多數電流檢測放大器預定義的，而對於運算放大器，則為R_F/R_I。

●     x是輸入電流(I)。

●     b 是係統的失調電壓。如果係統測量雙向電流
，當輸入電流為零時，b 是輸出電壓。如果單向測量，b 在0A下的理想電壓為0V，但它可能會受到放大器輸出擺幅規格的限製。對於運算放大器和電流檢測放大器
，V_OFFSET 通常是以輸入為參考規格。因此
，b 實際上還需要考慮係統的增益。

電流測量的傳遞方程可改寫為公式2：

   公式2

基於此基本傳遞函數，有兩種誤差類型：增益和失調電壓。

增益誤差

係統增益誤差有兩個主要來源：分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)和(he)放(fang)大(da)器(qi)增(zeng)益(yi)。分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)誤(wu)差(cha)對(dui)於(yu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)是(shi)常(chang)見(jian)的(de)，通(tong)過(guo)查(zha)看(kan)電(dian)阻(zu)器(qi)規(gui)格(ge)表(biao)很(hen)容(rong)易(yi)確(que)定(ding)
，而(er)放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)誤(wu)差(cha)則(ze)取(qu)決(jue)於(yu)選(xuan)擇(ze)的(de)放(fang)大(da)器(qi)方(fang)案(an)。

對於差分運算放大器方案，如前所述，增益是兩個電阻器的比率
，即R_F/R_I。要計算誤差，需查看電阻器的數據表。典型分立增益網絡電阻器的容差為0.5%
、100ppm/°C。要計算此比率的最大誤差，需假設一個電阻處於最大值
，而另一個電阻處於最小值。這會在室溫下產生1%的誤差
，並且由於假設會發生反向漂移，因此在125°C下為3%。

對於電流檢測放大器，增益誤差通常列在數據表中。圖3 顯示了德州儀器(TI)INA186-Q1的增益誤差。可以看到
，室溫下的增益誤差為1.0%。溫漂為10ppm/°C時，125°C下的增益誤差為1.1%。

圖3 INA186-Q1增益誤差和增益誤差漂移規格數據表

這是TI電流檢測放大器的一個主要優勢：精jing度du匹pi配pei的de集ji成cheng增zeng益yi網wang絡luo可ke更geng大da限xian度du地di減jian少shao溫wen漂piao效xiao應ying。對dui於yu運yun算suan放fang大da器qi電dian路lu

，您nin可ke以yi使shi用yong精jing度du匹pi配pei的de電dian阻zu器qi網wang絡luo，但dan它ta們men會hui顯xian著zhu提ti高gao方fang案an成cheng本ben。

偏移誤差

如上所述，輸出失調電壓必須包括增益。由於失調電壓通常指定為以輸入為參考，因此公式3按如下所示計算失調電壓誤差：

   公式3

從公式3中可以看出

，當V_SHUNT (IxR_SHUNT) 接近失調電壓值時，失調電壓誤差很重要，並且隨著電流變為0
，失調電壓誤差將接近無窮大。相反
，如果V_SHUNT >>V_{TOTAL OFFSET}，那麼此誤差項將接近0。

總輸入參考失調電壓具有三個主要組成部分：

放大器V_OFFSET 規格和漂移。

共模抑製比(CMRR)。

電源抑製比(PSRR)。

由於放大器的VOFFSET 通常在固定共模電壓和電源電壓下指定，因此CMRR和PSRR也是造成失調電壓誤差的因素。圖4 顯示了INA186-Q1的固定值
，圖5顯示了常用運算放大器TI TLV2186的固定值。

圖4 INA186-Q1在固定共模電壓和電源電壓規格下的CMRR和PSRR數據表

圖5 TLV2186在固定共模電壓和電源電壓規格下的CMRR和PSRR數據表

正如信號鏈基礎知識 #141 中所述
，數據表中電流檢測放大器的V_OFFSET 指定方式與運算放大器不同。具體而言，電流檢測放大器失調電壓包括集成電阻器網絡的影響，而運算放大器V_OFFSET 僅適用於器件。運算放大器方案中的總失調電壓需要將外部電阻器的影響考慮在內。

youyudianliuconggongmodianyaliujingwaibudianzuqi，yincikejiangwaibudianzuqishiweidaozhigongmoyizhiwuchadeyuanyin。jiashesuoyousigezengyidianzuqijuyouxiangtongderongcha，genjugongshi4，電路的增益和電阻器的容差將確定“電阻器CMRR”：

   公式4

圖6 所示為不同增益和電阻器容差下計算出的電阻器CMRR（以分貝為單位），您可從中看到不同增益和電阻器容差所產生的影響。

圖6 在三種不同增益配置、不同電阻容差下計算出的CMRR值

對於電流檢測放大器
，隻需將CMRR和PSRR的影響添加到器件的失調電壓規格中，即可計算出總輸入失調電壓。通常會在整個溫度範圍內指定CMRR和PSRR；因此，任何漂移影響都已考慮在內。但是，計算不同溫度下的誤差時必須考慮溫漂。

總誤差

理li論lun上shang
，最zui壞huai情qing況kuang下xia的de總zong誤wu差cha隻zhi是shi各ge個ge誤wu差cha項xiang的de總zong和he。從cong統tong計ji學xue角jiao度du講jiang，所suo有you誤wu差cha同tong時shi發fa生sheng的de這zhe種zhong情qing況kuang不bu太tai可ke能neng發fa生sheng。因yin此ci，使shi用yong平ping方fang和he根gen方fang法fa（公式5）計算一階總誤差：

   公式5

圖7列出了使用INA186-Q1和TLV2186且增益為20時的關鍵性能指標。

圖7 使用INA186-Q1或TLV2186實現高側電流測量應用的關鍵性能指標

圖8展示了兩種方案使用10mΩ
、0.5%
、50ppm/°C R_SHUNT 分別在室溫和125°C 時用公式5計算得出的以下誤差曲線。

圖8 高側電流測量方案結合使用INA186-Q1或TLV2186以及10mΩ、0.5%、50ppm/°C RSHUNT 時的平方和根誤差曲線

從圖7和圖8zhongkeyikanchu，waibuzengyidianzuqishifenlishifangandezhuyaowuchayuan
，zaiwendubianhuashiyouweimingxian。xiaozhunkeyigengdaxiandudijiangdishiwenxiadeshitiaodianyawucha，danwenpiaoburongyixiaozhun。

總結

通tong過guo增zeng加jia可ke實shi現xian的de設she計ji裕yu度du，提ti高gao電dian流liu檢jian測ce方fang案an的de精jing度du可ke以yi提ti高gao係xi統tong的de診zhen斷duan能neng力li。但dan與yu任ren何he電dian子zi係xi統tong一yi樣yang，提ti高gao精jing度du通tong常chang需xu要yao增zeng加jia係xi統tong成cheng本ben。通tong過guo了le解jie不bu同tong工gong作zuo條tiao件jian下xia的de誤wu差cha源yuan及ji其qi影ying響xiang
，您nin能neng夠gou在zai成cheng本ben和he精jing度du之zhi間jian做zuo出chu適shi當dang的de權quan衡heng。

參考文獻

●     下載 INA186-Q1 數據表。

●     下載 TLV2186數據表。

關於作者

Dan Harmon是TI電流和位置檢測產品線的汽車營銷經理。在他33多年的職業生涯中，他曾為多種技術和產品提供支持
，包括接口產品、成像模擬前端和電荷耦合器件傳感器。他還擔任過TI USB Implementers Forum代表和TI USB 3.0 Promoter’s Group主席。Dan擁有戴頓大學電氣工程學士學位，以及德克薩斯大學阿靈頓分校電氣工程碩士學位。

關於德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球化的半導體公司，致力於設計、製造

、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片
，用於工業、汽車、個人電子產品、通(tong)信(xin)設(she)備(bei)和(he)企(qi)業(ye)係(xi)統(tong)等(deng)市(shi)場(chang)。我(wo)們(men)致(zhi)力(li)於(yu)通(tong)過(guo)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)讓(rang)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)更(geng)經(jing)濟(ji)實(shi)用(yong)，創(chuang)造(zao)一(yi)個(ge)更(geng)美(mei)好(hao)的(de)世(shi)界(jie)。如(ru)今(jin)，每(mei)一(yi)代(dai)創(chuang)新(xin)都(dou)建(jian)立(li)在(zai)上(shang)一(yi)代(dai)創(chuang)新(xin)的(de)基(ji)礎(chu)之(zhi)上(shang)
，使(shi)我(wo)們(men)的(de)技(ji)術(shu)變(bian)得(de)更(geng)小(xiao)巧(qiao)、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用
，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 欲了解更多信息

，請訪問公司網站www.ti.com.cn。

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