【導讀】隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)，精(jing)確(que)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)以(yi)用(yong)於(yu)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)和(he)係(xi)統(tong)監(jian)測(ce)的(de)需(xu)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。精(jing)確(que)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)法(fa)有(you)多(duo)種(zhong)，每(mei)種(zhong)方(fang)法(fa)都(dou)有(you)其(qi)優(you)點(dian)和(he)局(ju)限(xian)性(xing)。本(ben)文(wen)重(zhong)點(dian)介(jie)紹(shao)需(xu)要(yao)較(jiao)高(gao)精(jing)度(du)與(yu)帶(dai)寬(kuan)的(de)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)，這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)可(ke)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)諸(zhu)如(ru)計(ji)算(suan)機(ji)/電信板輸入電流、逆變器相電流和其他承載電流從幾安培到100A的電路電流。

另(ling)外(wai)
，對(dui)於(yu)如(ru)何(he)使(shi)用(yong)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)，以(yi)及(ji)如(ru)何(he)使(shi)用(yong)集(ji)成(cheng)電(dian)流(liu)鏡(jing)的(de)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)或(huo)電(dian)熔(rong)絲(si)電(dian)路(lu)，本(ben)文(wen)也(ye)將(jiang)給(gei)出(chu)具(ju)體(ti)細(xi)節(jie)。同(tong)時(shi)，我(wo)們(men)將(jiang)比(bi)較(jiao)這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)與(yu)使(shi)用(yong)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)架(jia)構(gou)。

背景知識

fenliuqihedianliuhuganqiyizhibeirenweishizaidianqihedianzidianluzhongjinxingdianliucaiyangdezuijiafangfa，danzhexiefangfaqueyouzhemingxiandequedian。fenliuqixuyaozaixinzaobihecaiyangyuanjiandegonglvsunhaozhijianjinxingquanheng，zhezhongquanhengrangtahennanzaikuandianliufanweineijinxingjingqueceliang；而電流互感器則通常導致昂貴的大型解決方案
，並且僅適用於測量交流電流。

電流測量方法

bandaotijishudejinbujianghuoerxiaoyingchuanganqihedianliujingyinruledianzidianludesheji。zheliangzhongqijianjihujiushiwusundianliucaiyangshebei

，qishuchuyiyusuofang，keyihuodezuijiaxinzaobi。benwenjiangzhongdianjieshaocaiyongzheliangzhongqijiandedianliuceliangjiejuefangan。

電流鏡采樣方法

電流鏡電流采樣通常用於具有內部功率MOSFET的設備

，例如智能功率級、負載開關和電熔絲。它采用幾個功率FET單元作為電流鏡，並產生與流過主開關的電流成正比的電流輸出。

當這些電流流經外部電阻器時
，很容易產生與流經主FET的電流成正比的電壓。這種測量方法非常適合半橋功率級設備，因為它們提供10A至90A的寬電流能力，並提供具有5μA/A至10μA/A增益的電流鏡輸出。這種功率級對采用單相或多相配置的同步降壓穩壓器應用尤其有用。

對於其他應用，采用負載開關或電熔絲（e-fuse）電路可以保護下遊電子設備免受浪湧電流或過載情況的影響。這類電路通常采用功率MOSFET作為開關元件，而監測流過這些設備的電流，電流鏡是一種高性價比方式。例如
，MPS的MP5921即為一款尖端的熱插拔電熔絲器件
，它可以提供多個級別的保護功能，以及電流和溫度監測功能（見圖 1）。

圖1: MP5921功能框圖

MP5921在獨立工作模式下可以支持高達50A的持續電流，在多個器件並聯配置時可以支持更高的電流（見圖 2）。

圖2：MP5921並聯工作模式

MP5921器件可以與MP5920配合使用（見圖 3）。通過MP5920，電流信號可以轉換為數字形式
，並通過I2C進行監測。

圖3:與MP5920配合的MP5921並聯工作模式

這些解決方案非常適合在計算和服務器主板上采用DC/DC變換器的應用。而諸如具有電機驅動器和AC/DC電路的其他應用，則得益於電流采樣器件，用以生成與電機驅動器或電源逆變器上的交流電流一致的雙向信號。

霍爾效應電流采樣方法

這些應用中存在的高電壓可能會對周圍的邏輯電平電路造成威脅。而霍爾電流傳感器則可以在高電壓、大電流電路和用於控製器件的邏輯電平電路之間提供電流隔離。它感應每個電流產生的磁場

，然後輸出與電流成正比的電壓。

MPS的MCS180x係列電流傳感器提供高精度霍爾效應電流采樣，並提供高達2200V的隔離電壓，其工作電壓也高達280V




，可用於電流高達50A的應用。逆變器是霍爾效應電流傳感器的一種常見應用。本文側重於介紹三相逆變器，因為它們在電力電子設備（例如 UPS、電機驅動器和太陽能應用）中無處不在
，而且，通過移除三相逆變器中其中的一相
，可以將它輕鬆推廣到離線應用中。通常，傳感器用於將相電流反饋給控製器（見圖 4）。在圖4中，高壓側標記為紅色
，而邏輯電壓標為綠色。隔離是通過原邊（載流引線）與副邊（輸出引線）之間的電流分離來實現的。

圖4: 具備隔離相電流采樣功能的典型三相逆變器係統

圖5顯示了MCS180x 係(xi)列(lie)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)及(ji)芯(xin)片(pian)。圖(tu)中(zhong)，原(yuan)邊(bian)表(biao)示(shi)為(wei)銅(tong)色(se)
，電(dian)流(liu)則(ze)由(you)紅(hong)色(se)箭(jian)頭(tou)線(xian)表(biao)示(shi)。注(zhu)意(yi)
，在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)向(xiang)任(ren)一(yi)方(fang)向(xiang)流(liu)動(dong)。根(gen)據(ju)安(an)培(pei)定(ding)律(lv)
，電(dian)流(liu)的(de)流(liu)動(dong)會(hui)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)（藍色區域），而場強與電流密度成正比。

另外還需注意，原邊並沒有接觸矽芯片（黑色區域）
，ershitongguoqixiheyanghuaguijueyuancengfengekailai。cichangdefangxiangheqiangduyouguixinpianzhongdehuoerchuanganqijiance，ranhougaixinhaobeifangdabingshuchudaofubiandeqizhongyigeyinjiao（銀色區域）。其他副邊引腳包括VCC、GND和濾波器引腳。濾波器引腳用於在帶寬和信號噪聲之間進行權衡。

圖5: MCS180x霍爾效應電流傳感器的引線框架及芯片

MCS180x 係列傳感器具有比率輸出。這意味著它以VCC/2為中心，當流過正電流時
，輸出電壓與電流成正比，從VCC / 2升至VCC
；當負電流流過時
，輸出從VCC / 2降至0V（見圖 6）。在該產品係列中
，IPMAX 由器件編號的後綴表示（例如 MCS1802-10的IPMAX 為10A）。設計人員可以根據該信息為其應用選擇合適的電流範圍。目前可用的IPMAX選擇有5A、10A
、20A、30A

、40A和50A。

圖 6：霍爾效應電流傳感器的比率輸出

結論

本(ben)文(wen)重(zhong)點(dian)介(jie)紹(shao)了(le)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)的(de)可(ke)用(yong)方(fang)法(fa)
，並(bing)闡(chan)明(ming)了(le)如(ru)何(he)為(wei)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)最(zui)佳(jia)的(de)電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)方(fang)案(an)。在(zai)設(she)計(ji)早(zao)期(qi)考(kao)慮(lv)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)技(ji)術(shu)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，而(er)且(qie)，還(hai)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)每(mei)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)細(xi)節(jie)，例(li)如(ru)電(dian)源(yuan)要(yao)求(qiu)以(yi)及(ji)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)範(fan)圍(wei)，從(cong)而(er)創(chuang)建(jian)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。MPS的MCS180x 提供了一種小體積
、精確的隔離型電流檢測方案
，可以助力設計人員提高係統級性能
，同時幫助降低係統功耗與複雜性。

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