電流檢測用于執行兩個基本電路功能。首先，是測量電路中流過的電流“有多大”。這些信息可用于DC/DC供電公司的電源管理，以確定基本外圍負載并實現節能。第二個作用是在電流“過大”或失效時做出判斷。如果電流超過安全限值，滿足軟件或硬件的聯鎖條件，就會發出關閉設備的信號，比如電機停轉或電池短路。因此，需要選擇一種能夠承受故障過程中極端條件的穩健設計技術。使用合適的元件執行測量功能不僅可以獲得準確的電壓信號，還可以防止印刷電路板被損壞。測量方法有多種測量方法可以產生提示“多大”或“太大”的信號，如下所示:

電阻式(直接)檢流電阻;

磁(間接)電流互感器;

羅氏線圈;

霍爾效應器件;

晶體管(直接)RDS(ON);

比率式。

每種方法都有自己的優點，這是一種有效或可接受的電流測量方法，但它也有自己的優缺點，這對應用的可靠性至關重要。這些測量方法可以分為兩類:直接或間接。直接法是指測量元件直接接在被測電路上，間接法的測量元件與線電壓隔離，所以當產品安全有要求時，必須采用間接法。

電阻式(直接)檢流電阻

用電阻測量電流是一種直接的方法，具有簡單、線性好的優點。電流感測電阻放在有被測電流的電路中，流過電阻的電流會將少量的電能轉化為熱量。這個能量轉換過程產生一個電壓信號。電流感測電阻除了簡單、線性度好之外，性價比也很高，溫度系數(TCR)穩定，可以達到100 ppm/℃此外，低電阻(小于1mω)金屬合金電流檢測器具有優異的抗浪涌能力，在短路和過流情況下能實現可靠的保護。

磁(間接)電流互感器

電流互感器(圖1)有三個突出優點:與線電壓隔離、無損測量電流、大信號電壓能很好地抗噪聲。這種間接電流測量方法需要使用變化的電流，例如交流電流、瞬態電流或開關模式直流電流，以產生磁耦合到次級繞組的變化磁場。測量的次級電壓可以根據初級和次級繞組之間的匝數比進行縮放。這種測量方法被認為是“非破壞性的”，因為通過銅繞組的電路電流的電阻損耗非常小。但如圖2所示，由于負載電阻、鐵芯損耗、一次和二次DC電阻的存在，變壓器的損耗會導致少量能量的損失。

圖1，理想的電流互感器電路

圖2，電流互感器損耗的組成

羅氏線圈

羅氏線圈(圖3)類似于電流互感器，會在次級線圈內會感應產生一個電壓，電壓大小與流經隔離電感器的電流程正比。特殊之處在于，羅氏線圈采用的是氣芯設計，這一點與依賴層壓鋼等高磁導率鐵芯和次級繞組磁耦合的電流互感器完全不同。氣芯設計的電感較小，有更快的信號響應和非常線性的信號電壓。由于采用了這種設計，羅氏線圈經常被用在像手持電表這樣的已有接線上，臨時性地測量電流，可以認為是電流互感器的低成本替代方案。

圖3

霍爾效應

當一個帶電流的導體被放進磁場里時(圖4)，在垂直于磁場和電流流動方向上會產生電位差。這個電位與電流大小成正比。在沒有磁場和電流流過時，就沒有電位差。但如圖5所示，當有磁場和電流流過時，電荷與磁場相互作用，引起電流分布發生變化，這樣就產生了霍爾電壓。

霍爾效應元件的優點是能測量大電流，而且功率耗散小。然而，這種方法也有不少缺點，限制其使用，例如要對非線性的溫度漂移進行補償;帶寬有限;對小量程的電流進行測量時，要求使用大偏置電壓，這會引起誤差;易受外部磁場的影響;對ESD敏感;成本高。

圖4，霍爾效應原理，無磁場

圖5，霍爾效應原理，有磁場

晶體管

RDS(ON) -漏極到源極的導通電阻

由于晶體管對電路設計來說是標準的控制器件，不需要電阻或消耗能量的器件來提供控制信號，因此晶體管被認為是沒有能量損失的過流探測方法。晶體管數據表給出了漏極到源極的導通電阻(RDS(ON))，功率MOSFET的典型電阻一般在毫歐范圍內。這個電阻由幾部分組成，首先是連到半導體裸晶的引線(圖6)，這部分電阻影響了很多溝道特性。基于這個資料，流經MOSFET的電流可以用公式 ILoad = VRDS(ON) / RDS(ON)計算得出。

由于界面區域電阻的微小變化和TCR效應，RDS(ON)的每個組成部分都會造成測量誤差。通過測量溫度，及用由溫度引起的電阻預期變化來修正被測電壓，可以對TCR效應部分地加以補償。很多時候，MOSFET的TCR會高達4000ppm/℃，相當于溫度上升100℃，電阻的變化達到40%。通常來說，這種測量方法的信號精度大約為10%～20%。從應用對精度的要求來看，對于提供過壓保護來說，這個精度范圍是可以接受的。

圖6 ，N溝道增強型MOSFET的簡化模型

比率式 - 電流檢測MOSFET

MOSFET由成千上萬個能降低導通電阻的并聯的晶體管元胞構成。檢流MOSFET使用一少部分并聯元胞，連到共柵極和漏極，但源極是分開的(圖7)。這樣就產生了第2個隔離的晶體管，即“檢測”晶體管。當晶體管導通時，流經檢測晶體管的電流與流經其他元胞的主電流成一定比例。

精度公差的范圍取決于具體的晶體管產品，低的達到5%，高的可以達到15%到20%。這種方法通常不適合一般要求測量精度達到1%的電流控制應用，但適合過流和短路保護。

圖 7

從上面的匯總表可以看出，檢測電路中電流的方法有很多種，應根據應用的具體要求選擇合適的方法。每種方法都有其優點和缺點，在設計時應仔細考慮這些因素。

以上就是關于電流測量的6種不同方法的優缺點，如您使用中還有其他問題，歡迎登陸西安普科電子科技。

審核編輯：湯梓紅