在此介紹的基于運(yùn)放的電流檢測電路并不新鮮,，它的應(yīng)用已有些時(shí)日,，但很少有關(guān)于電路本身的討論。在相關(guān)應(yīng)用中它被非正式地命名為“電流驅(qū)動”電路，所以我們現(xiàn)在也這樣說,。讓我們首先探究其基本概念,，它是一個(gè)運(yùn)算放大器和MOSFET電流源(注意,，如果您不介意基極電流會導(dǎo)致1%左右的誤差,，也可以使用雙極晶體管) 。圖1A顯示了一個(gè)基本的運(yùn)算放大器電流源電路,。把它垂直翻轉(zhuǎn),，這樣我們可在圖1B中做高邊電流檢測，在圖1C中重新繪制,，來描繪我們將如何使用分流電壓作為輸入電壓,，圖1D是最終的電路。

　　A. 運(yùn)放電流源                        B. 垂直翻轉(zhuǎn)            C. 用分流電壓作為輸入            D. 分流電阻成為輸入電壓源

　　圖1. 此圖描述了從基本運(yùn)算放大器電流源轉(zhuǎn)換為具有電流輸出的高邊電流檢測放大器,。

　　圖2顯示了電路電源電壓低于運(yùn)算放大器的額定電源電壓,。在電壓-電流轉(zhuǎn)換中添加一個(gè)負(fù)載電阻，記住您現(xiàn)在有一個(gè)高阻抗輸出,，如果您想要最簡單的方案,，這樣可能就行了。

　　基本電路　　圖2顯示了實(shí)施高邊電流檢測的基本的完整的電路,。需要考慮的細(xì)節(jié)有：

　　·運(yùn)放必須是軌對軌輸入,，或有一個(gè)包括正供電軌的共模電壓范圍。零漂移運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)最小偏移量,。但請記住,，即使使用零漂移軌對軌運(yùn)放，在較高的共模范圍內(nèi)運(yùn)行通常不利于實(shí)現(xiàn)最低偏移,。

　　·MOSFET漏極處的輸出節(jié)點(diǎn)由于正電壓的擺動而受到限制，其幅度小于分流電源軌或小于共模電壓,。增加增益緩沖器可以降低該節(jié)點(diǎn)處電壓擺幅的要求,。

　　·該電路在死區(qū)短路時(shí)不具備低邊檢測或電流檢測所需的零伏特共模電壓能力。在圖2的電路中,，最大共模電壓等于運(yùn)算放大器的最大額定電源電壓,。

　　·該電路是單向的，只能測量一個(gè)方向的電流

　　·增益精度是RIN和RGAIN公差的直接函數(shù),。非常高的增益精度是可能的,。

　　·共模抑制比(CMRR)一般由放大器的共模抑制能力決定。MOSFET也對CMRR有影響，漏電的或其他劣質(zhì)的MOSFET可降低CMRR,。

　　圖2. 最簡單的方法是使用電源電壓額定值內(nèi)的運(yùn)算放大器,。這被配置為增益50。增益通過RGAIN/RIN設(shè)定,。

　　性能優(yōu)化

　　一個(gè)完全緩沖的輸出總是比圖2的高阻抗輸出要靈活得多,，并且在緩沖器中提供2的輕微增益，可降低第一級和MOSFET的動態(tài)范圍要求,。

　　在圖3中,，我們還添加了支持雙向電流檢測的電路。這里的概念是使用電流源電路(還記得圖1A嗎,？)與U1非逆變輸入的輸入電阻(RIN 2)一起,，等于RIN(在這種情況下為RIN 1)。然后這個(gè)電阻器產(chǎn)生一個(gè)抵消輸出的壓降,，以適應(yīng)必要的雙向輸出擺動,。從REF引腳到整個(gè)電路輸出的增益基于RGAIN/ROS的關(guān)系，使得REF輸入可以被配置為提供單位增益,，而不考慮通過RGAIN/RIN設(shè)置的增益(只要RIN 1和RIN 2是相同的值),，從而像傳統(tǒng)的差分放大器參考輸入：

　　VREFOUT = VREF * (RGAIN/ROS) * ABUFFER

　　(其中ABUFFER是緩沖增益)

　　注意，在所有后續(xù)電路中,，雙向電路是可選的,，對于單向電路可以省略。

　　圖3. 此版本增加了緩沖輸出和雙向檢測能力,。它提供了一個(gè)參考輸入,，即使在RIN 1和RIN 2值所確定的不同增益設(shè)置下，它也總是以單位增益運(yùn)行,。

　　在高共模電壓下使用

　　通過浮動電路和使用具有足夠額定電壓的MOSFET,，電流驅(qū)動電路幾乎可在任何共模電壓下使用，電路的工作電壓高達(dá)數(shù)百伏特已經(jīng)成為一個(gè)非常常見和流行的應(yīng)用,。電路能達(dá)到的額定電壓是由所使用的MOSFET的額定電壓決定的,。

　　浮動電路包括在放大器兩端增加齊納二極管Z1，并為它提供接地的偏置電流源,。齊納偏壓可像電阻一樣簡單,，但本文作者喜歡電流鏡技術(shù)，因?yàn)樗岣吡穗娐烦惺茇?fù)載電壓變化的能力,。在這樣做時(shí),，我們已創(chuàng)建了一個(gè)運(yùn)放的電源“窗口”，在負(fù)載電壓浮動,。

　　另一個(gè)二極管D1已出現(xiàn)在高壓版本中,。這個(gè)二極管是必要的，因?yàn)橐粋€(gè)接地的短路電路最初在負(fù)載處會把非逆變輸入拉至足夠負(fù)(與放大器負(fù)供電軌相比)，這將損壞放大器,。二極管限制這種情況以保護(hù)放大器,。

　　圖4. 高壓電路“浮動”運(yùn)放，其齊納電源在負(fù)載電壓軌

　　該電路其它鮮為人知的應(yīng)用

　　我不確定是否有人使用電流檢測MOSFET,。在幾年前的一些實(shí)驗(yàn)室研究中,，我確信，一旦校準(zhǔn),，MOSFET電流檢測是非常精確和線性的,，但它們有約400 ppm的溫度系數(shù)。盡管如此,，最佳的電路結(jié)構(gòu)迫使檢測電極在與MOSFET的源電壓相同的電壓下工作,，同時(shí)輸出部分電流。圖5顯示了如何使用電流驅(qū)動電路來實(shí)施,。

　　圖5. MOSFET檢測FET電路

　　最后,，欲通過該電路獲得額外樂趣，并演示它如何用于“比率”電流,，請參閱：

　　https://www.edn.com/design/automotive/4458898/Use-copper-to-temperature-compensate-high-current-measurements