中心議題：

• 探究車載應用中的電流檢測技術

解決方案：

• 電路必須配置為衰減器
• 采用高共模電壓差動放大器要增加電阻網絡

要求電流檢測的車載應用

車載應用中的電流檢測包括控製通過螺線管和噴射器的電流。例如，在柴油噴射時，我們用 48V 或更高的電壓迅速地將感應噴射器的電流提高到 20 安培。一旦達到 20A，電流檢測電路就會向控製電路提供反饋信號，以保持噴射器電流為 20A 不變。

電dian流liu檢jian測ce技ji術shu通tong常chang可ke增zeng強qiang重zhong要yao的de性xing能neng或huo特te性xing。電dian動dong車che窗chuang係xi統tong是shi展zhan示shi電dian流liu檢jian測ce技ji術shu優you勢shi的de一yi個ge很hen好hao的de例li子zi。由you於yu馬ma達da扭niu矩ju與yu電dian流liu成cheng正zheng比bi
，因yin此ci馬ma達da在zai扭niu矩ju過guo大da的de情qing況kuang下xia就jiu會hui停ting止zhi工gong作zuo，比bi方fang說shuo人ren的de胳ge膊bo卡ka在zai電dian動dong車che窗chuang上shang，或huo者zhe機ji械xie係xi統tong發fa生sheng故gu障zhang時shi，馬ma達da都dou會hui停ting止zhi工gong作zuo。

電流檢測的方法

負載或電源的低壓側或高壓側都可進行電流檢測。共模電壓是指分路 (shunt) 上的電壓（不是分路上的差分電壓），在低壓側檢測為零伏。低壓側檢測最簡單，可采用最基本的放大器電路。低壓側檢測的難點在於：低壓側檢測會影響係統的接地端
，可能還需要增加更多的線路，而且這種作法通常不利於故障診斷。

圖 1 中的高壓側分路放大器可檢測很高的電源電壓上極低的差分電壓(通常為 100mV 或更低)，通常在車載應用中為 13.8V。不過，如果為無限製的 (unconditioned) 電池線路，那麼會受瞬變影響：如果無意中將電池方向放錯就會出現 –13.5V 的情況，如果出現負載突降或感應反衝
，那麼最大瞬變可達 72V。不妨設想
，放大器通常采用 5～12V 的單電源供電（5V 的電源供電日益常見）
，這就需要放大器的輸入引腳連接到共模電位
，大大超過了放大器電源軌的限製。
老式分路檢測電路基於差動放大器，即周圍帶四個電阻來設置增益並提供差動輸入的運算放大器 (operation amplifier)。這些電阻使運算放大器能接受超過其電源軌的共模電壓。不過，這也會帶來下麵一些負麵問題：一是電路必須配置為衰減器，在隨後的運算放大器級中恢複增益，如圖 2A 中的 IC 結(jie)構(gou)圖(tu)所(suo)示(shi)，運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)會(hui)成(cheng)倍(bei)增(zeng)大(da)第(di)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)的(de)偏(pian)置(zhi)和(he)漂(piao)移(yi)量(liang)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)。二(er)是(shi)采(cai)用(yong)高(gao)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)差(cha)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)要(yao)增(zeng)加(jia)電(dian)阻(zu)網(wang)絡(luo)
，以(yi)使(shi)之(zhi)在(zai)仍(reng)然(ran)隻(zhi)提(ti)供(gong)單(dan)位(wei)增(zeng)益(yi)的(de)同(tong)時(shi)能(neng)夠(gou)接(jie)受(shou)較(jiao)高(gao)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。高(gao)共(gong)模(mo)差(cha)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)在(zai)於(yu)：運算放大器的噪聲增益與共模衰減成正比，如圖 2B 所示的差動放大器結構采用了 20:1 的內部共模衰減
，此舉使放大器的偏置、漂移和噪聲都比運算放大器本身擴大了 20 倍。此外
，較大的輸入電阻也會造成較高的噪聲。 [page]
電流分路.是專門用於分路電流檢測的高共模電壓差動放大器，能夠解決電阻型差動放大器的局限性。電流分路.與差動放大器相比的主要區別在於：其共模電壓功能通常隻擴展到正電壓，而一些電流分路.允許共模接地。這會造成更多的衍生情況，我們隨後還要談到。共模電壓功能也允許擴展到負電壓。電流分路.從一開始設計時就是以單電源電壓工作的
，通常最低電壓可達 2.7V。圖 3 顯示了兩類電流分路.，分為電流輸出型分路.和電壓輸出型分路.。電流輸出型分路.通常靜態電流較低，需要外部輸出電阻，從而使終端用戶能夠設定增益。電壓輸出器件采用固定增益且不需要其他組件。
車載應用的一般性技術要求

車載電流檢測分為兩大類型：一類是直接連接到電池
，另一類是通過限製瞬態偏移的保護電路連接。

上述情況會影響電流分路.上共模電壓額定值的要求。車載的 12V 電子係統最高電壓為 14.4V，但電池總線器件上的瞬態電壓最高可達 75V，甚至會發生電池換極。

我們還要考慮到另一種共模情況：電dian源yuan線xian路lu的de分fen路lu開kai啟qi，且qie接jie地di短duan路lu的de情qing況kuang。這zhe時shi共gong模mo電dian壓ya為wei零ling。電dian流liu流liu動dong時shi必bi須xu進jin行xing檢jian測ce，也ye就jiu是shi說shuo
，放fang大da器qi在zai零ling共gong模mo電dian壓ya時shi也ye要yao能neng正zheng常chang工gong作zuo。

最後
，我們不妨考慮一下如圖 4 所示的脈衝寬度調製 (PWM) 螺(luo)線(xian)管(guan)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)本(ben)例(li)中(zhong)，螺(luo)線(xian)管(guan)頂(ding)部(bu)開(kai)啟(qi)時(shi)達(da)到(dao)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)。開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)時(shi)，電(dian)壓(ya)將(jiang)回(hui)到(dao)二(er)極(ji)管(guan)電(dian)壓(ya)降(jiang)大(da)小(xiao)的(de)負(fu)電(dian)平(ping)上(shang)。這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)電(dian)流(liu)分(fen)路(lu).在低至 –2V 的共模電壓下仍能工作。
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在許多應用中，電流應與某個設定值相比較。通常說來，進行電流比較還需要電流分路.
、比較器和參考電壓。此外，理想的比較器輸出應與大多數常見的邏輯電路很好地兼容。圖 5 給出了電流比較的例子。在本例中，將電流與采用 TI INA200 係列電流分路.和比較器的簡單單電壓結點進行了比較。R1 和 R2 形成分壓器，以根據 INA200 係列比較器的內置 0.6V 電壓結點來設置電壓結點。（INA200 係列的增益很有特點：INA200 的增益為 20，INA201 的增益為 50
，INA202的增益為 100。）
某mou些xie係xi統tong需xu要yao不bu止zhi一yi個ge電dian流liu限xian製zhi電dian平ping。舉ju例li來lai說shuo，係xi統tong以yi較jiao低di的de電dian流liu限xian製zhi作zuo為wei故gu障zhang即ji將jiang發fa生sheng的de指zhi示shi器qi，而er以yi較jiao高gao限xian製zhi作zuo為wei關guan閉bi係xi統tong的de標biao誌zhi。INA206-INA208 係列電流分路.采用兩個比較器來實現上述功能。某些係統會對較低限製采用延遲輸出，以避免超出最低限製後引起不必要地觸發瞬態偏移。圖 6 中的電路將 INA206 電流分路.部分的輸出反饋給兩個比較器，這會生成一個有效的低輸出警報
，並為關閉 MOSFET 緩衝路徑提供適當極性。

圖 6 xianshiledianliuyulianggedianyajiedianbijiaodedianlu。jiaodidedianyajiedianjihuojingbaoshuchu

，womenkeweiqipeizhiyigeshidangdeyanchidianlu，yibimiancuowudeshuntaichufa。jiaodidedianyajiedianzaibijiaoqishuruduanneizhiyuzhiwei 0.6V。Q1 為較高電壓結點輸出提供緩衝
，通過電源開關 MOSFET 關閉電源，如果電流超過上限則啟用 Q2。較高電壓結點采用 INA206 的 1.2V 參考電壓，INA206 具有避免在沒有鎖存功能的電壓結點發生振蕩的鎖存功能。 圖 6 在該雙電平電流比較電路中，低電平延遲輸出可對即將發生的過載發出警報
，支持鎖存功能的上限可將負載電源關閉。