Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 功率技術/新能源
 
 
功率技術/新能源  

高側與低側電流感測技術分析

上網時間: 2009年09月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:電流感測  放大器  共模電壓 

當今電子系統中的電源管理可透過有效的電源分配而實現最佳化的系統效率。電流感測是電源管理的關鍵技術之一,它不僅有助於保持理想的電源位準,也能提供伺服調節功能而使電子系統處於正常狀態,同時還能防止電路故障和電池過度放電。

電流的感測一般採用兩種基本方案。一種是測量電流流過的導體周圍磁場,另一種是在電流路徑中插入一個小型電阻,然後測量電阻上的壓降。第一種方法並不會引起干擾或插入損耗,但成本相對較為昂貴,而且容易產生非線性效應與溫度係數誤差。因此磁場感測技術通常只局限於一些能夠承擔無插入損耗的高成本應用。

本文主要討論半導體產業中普遍使用的電阻感測技術,它能為各種應用提供精確且高性價比的直流(DC)電流測量結果。本文還介紹了高側和低側的電流感測原理,並透過實際案例協助設計者選擇適合其應用的最佳方案。

電阻感測方案

在電流路徑中以串聯的方式插入一個低電阻值的感測電阻,將會形成一個較小的壓降,該壓降可被放大而成為一個與電流成正比的輸出訊號。然而,根據實際應用環境與感測電阻的位置,這一技術可能對感測放大器帶來各種挑戰。

例如,將感測電阻放在負載與電路接地之間,那麼所形成的壓降可採用簡單的運算放大器(OP)進行放大(見圖1B)。這種方法被稱為低側電流感測,與其相對應的方法為高側感測,即感測電阻位於供電電源和負載之間(見圖1A)。

圖1:圖1A描述了基本的高側感測電路,圖1B則顯示基本的低側感測電路。
圖1:圖1A描述了基本的高側感測電路,圖1B則顯示基本的低側感測電路。

一般來說,盡可能地降低感測電阻值,可利於功耗抑制;但感測電阻值也要夠大,才能在所需的精確度範圍內產生一個可被感測放大器檢測到的電壓。值得注意的是,在感測電阻上的這種差分感測訊號取決於共模電壓的作用──對於低側感測而言,這一共模電壓趨近於接地(0V),但對高側感測方法來說則接近於供電電壓。因此,測量放大器的輸入共模電壓範圍對於低側方案來說應包含接地,對高側方案來說則應包含供電電壓。

由於低側感測時的共模電壓趨近於接地,因而電流感測電壓可使用一個低成本、低電壓的運作放大器進行放大。低側電流感測方案簡單且成本低,但許多應用卻無法容忍由於感測電阻所導致的接地路線干擾。由於系統中一個模組的接地位準因低側電流感測而變化,較高的負載電流可能使問題更加嚴重,因此必須與接地電位不至改變的其它模組進行通訊。

為了更能瞭解這個問題,圖2顯示採用低側電流感測技術的‘智慧電池’充電器,其中,AC/DC轉換器的輸出連接到一顆雙線(2-wire)的智慧電池。

圖2:採用低側電流感測技術的‘智慧電池’。
圖2:採用低側電流感測技術的‘智慧電池’。

這一類的電池通常採用單線來傳遞指示電池狀態的特定電池資訊,還有另一條線則用於溫度測量,並與電池的負極和正極端子保持隔離,以確保安全。為了感測電池的溫度,電池通常內建一個熱感應電阻,以提供與電池負極電壓成正比的輸出訊號。

當採用低側感測方案時,可按照如圖2底部所示的方式插入感測電阻。由電池電流所產生的感測電壓經放大後饋入控制器,該控制器接著進行一些必要的處理來調節電源。由於感測電壓隨著電池電流而變化,因而使電池負極的電壓發生改變;同時由於溫度輸出是以負極端子為參考,因此這也導致溫度輸出變得較不精確。

低側感測方案的另一項重大缺點是電池與接地間發生意外短路導致無法檢測到短路電流。在圖2所示電路中,正極電源與接地之間的短路可能產生足以毀損MOS開關(S1)的較大電流。然而,儘管存在著這樣的問題,對於並不要求短路保護與可容忍地線干擾的應用來說,具備簡單與低成本特色的低側感測方案仍然饒富吸引力。


1 • 2 • 3 Next Page Last Page



投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 高側與低側電流感測技術分析
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首