在電路設計中電流測量" title="電流測量">電流測量應用十分普遍，主要領域分為3大類：測量中，電表會用來進行電流的測量,；保護中,，電流往往與功率形成直接的關系，如果電流過大代表系統(tǒng)中有短路情況出現(xiàn)而需要保護,，因此用到電流測量；控制中，如馬達控制,、電池充放電等都需要電流測量。

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測量電流的方法一般分成直接式" title="直接式">直接式和非直接式兩種,。直接式一般通過電阻進行,，根據歐姆定律電流的大小和電壓成正比,，因此可以通過測量一個小電阻的電壓差得到所經過電流的大小。非直接式測量一般通過監(jiān)控電流產生的磁場得到,，由于電流周圍本身會產生磁場,，電流的大小和磁場成正比，因此可以通過測量磁場的大小得到經過電流的大小,。直接式用于測量相對較小的電流以及電壓不高的情況,，非直接式不帶有任何導電關系，因此可用于測量相對較大的電流以及相對較高的電壓,。

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非直接式電流測量

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非直接式電流測量比較常用的是霍爾傳感器,，通過霍爾現(xiàn)象測出電流的大小，輸出為模擬輸出,；另外一種新的技術是利用VAC傳感器,，它是德國Vacuumschmelze公司開發(fā)的較新的電流傳感器，與霍爾傳感器不同之處是TI與VAC有一款專門的配套傳感器芯片DRV401,，其系統(tǒng)框圖如圖1所示,，輸出電流通過DRV401和積分濾波器產生一定的電流源" title="電流源">電流源作為反饋達到磁平衡，利用閉環(huán)控制保證整個鐵氧體不受飽和影響,，從而保證輸出的精度能夠提高,。

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直接式電流測量

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直接式電流測量手段分為兩類：模擬輸出和數字輸出。

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模擬輸出直接電流測量

模擬輸出分為低壓（Low Side）和高壓（High Side）,，數字輸出可分為隔離式和非隔離式,。低壓是指用低壓電流傳感器進行電流測量，高壓即用高壓電流傳感器進行電流測量,。

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直接式電流測量用小電阻電流傳感器,，這一電阻有較高精度與溫漂" title="溫漂">溫漂特性的要求。絕對值改變可以通過后面的簡單補償實現(xiàn),，但是溫度漂移卻不可以預測,，因此補償相對比較困難。對于電流傳感器而言,，溫漂特性是最主要的,。如：1個電阻R=1mΩ，精度為±1%,，TCR=±200ppm/℃,，輸出電流I=33A，輸出功率P=1W,。當最大電流為45A時輸出功率為2W,，這種情況下溫度會有所改變。假設溫度漂移是75℃,，如果TCR=20ppm/℃,，輸出精度改變?yōu)門CR=（75℃）×（20ppm/℃）×（0.0001%/ppm）=0.15%,；如果是普通電阻，溫漂特性達800ppm/℃,，則有TCR=（75℃）×（800ppm/℃）×（0.0001%/ppm）=6%,。根據系統(tǒng)精度要求不同，可以選擇不同溫漂特性的電流傳感器,。

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由于通過電阻之后輸出為電壓信號,，該信號往往比較小，需用放大器放大,。圖2中列出了幾個放大器的基本特性,，假設使用OPA350，其溫漂特性為±4,。

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如果以同樣的75℃溫漂加上本身的偏置電壓誤差,，計算出800μV的誤差幅度,，相比于45mV,，其誤差為1.8%。

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如果電阻本身20個ppm溫漂,、誤差0.15%,，放大器的誤差遠遠大于電流傳感器的誤差，因此不能接收,，如OPA335和OPA333誤差大幅度減小到0.02%和0.03%誤差范圍,，相對而言，主要的誤差來源在于電阻而不是放大器,，因此配套電路必須選擇本身誤差幅度小于傳感器的誤差幅度,。如果選擇OPA335，電阻本身的溫度誤差遠遠大于放大器本身的輸出誤差,，從而可以保證系統(tǒng)精度能有所提高,；如果選擇溫度性能更高的電阻，則可以保證電路能準確放大輸出信號,。

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此外還有其它不同的誤差源,，如焊點、PCB跡線,、連接器等的寄生特性導致的誤差也會影響系統(tǒng)精度,。使用差分輸入" title="差分輸入">差分輸入方式可以提高系統(tǒng)的整體精度，排除寄生特性對電路的影響,。然而這種精度的提高必須要保證所用電阻的匹配,，如果單純選擇分立器件很難保證電阻的匹配性，因此要把所有電阻集成到一個芯片中,。如INA132集成了四個電阻,，既保證了電阻之間的匹配性,，又保證了溫漂特性一致。此外還可以選擇儀表放大器產品,，直接把信號放大,，如INA326。

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以上討論了電流傳感器高壓和低壓的差別,，即利用儀表放大器在低壓端測量電流,，利用差分放大器內在分壓的形式可以做高壓端的電流測量。

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差分輸入中會用到共模電壓,，其定義是正負輸入端加起來除以2,。如果差分電路電流通過電阻流向地則整個共模電壓是正，反之如果電流從地流進差分電路,，則共模電壓為負,。

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圖4中列出了TI公司用于電流測量的一些產品，可以看到不同的共模電壓范圍,。表中列出了高端和低端最高最低電壓承受范圍,，最高可達75V，如果是單電源供電INA326,，則只能達到5V,。

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此外，TI公司具有INA168/9以及INA138/9產品,，可以用外部電阻控制其增益,。INA19X系列的共模范圍非常寬，使用較為方便,，由于內部帶有緩沖驅動能力,，因此外部無需緩沖，但是INA19X系列增益是芯片內部固定好的,，如圖5所示,。可以看到,，在增益部分INA19X系列有20,、50、100倍增益可供選擇,。

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還有一個較新的INA270和INA271產品系列,，其基本結構與INA19X系列類似，唯一的差別在于緩沖輸出在芯片外,，用戶可以通過在中間加以濾波以減小噪聲輸出,。

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然而，為了進一步提高系統(tǒng)整體精度，新產品中引入了“零溫漂”技術,。由于采集電流時溫度很重要,，而電阻本身會發(fā)熱導致出現(xiàn)溫漂，因此引入了“零溫漂”技術以達到進一步提高總體精度的目的,。INA209是基于零溫漂技術的第一代產品,。

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圖6顯示了TI的所有電流采集產品，其中包括了共模電壓范圍和供電范圍,?？梢钥吹絀NA19X、INA27X產品以及INA203-206產品都提供了較寬的共模電壓范圍,，INA209是最新的“零溫漂”雙向電流采集器,。

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數字輸出直接電流測量

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對于數字輸出電流采集器則必定需要隔離或AD轉換。

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由于ADS8361帶有兩路AD轉換,，可同時進行兩路同步采樣,，因此應用非常普遍。其前端有一個二選一的開關,，可以允許四路輸入,，兩路AD對其同步采樣。因為電流必須要兩路同步采集以保證三相電機的工作,，因此同步采集在電流測量中至關重要,。

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除了傳統(tǒng)的AD轉換外,，TI還開發(fā)了一系列專門針對電流采集應用的AD轉換器,。ADS120X系列是專門為數字化電流開發(fā)的產品，針對不同電流傳感器還有不同的產品系列,，如非接觸性的ADS1204/5/8等,。這些產品不是傳統(tǒng)的串口或并口的輸出，而是∑?Δ 輸出,，它們利用∑?Δ工作原理完成AD轉換,，其輸出類似PWM，但是頻率是可變的,，通過脈沖密度形式進行AD轉換,。ADS1208是針對霍爾傳感器開發(fā)的產品，本身有一個可編程電流源,。原因在于霍爾傳感器需要有電流源驅動以進行平衡使用,，因此將可編程電流源集成到芯片中。ADS1205是專門針對需要兩路同步采集開發(fā)的產品,，具有兩個差分輸入,，如用于馬達控制。ADS1204具有四路差分輸入，不僅可以監(jiān)控三相電流,，還可以對其它環(huán)境的不同參數進行采樣,。此外，TI公司還有專門針對單路相電流采樣產品,，如ADS1202和ADS1203,，還提供ISO72XX系列專門用于高速數據流的數字隔離，它使用電容隔離方式,，不受外界磁場影響,。TI還將推出一款將數據采集前端和隔離集成在一起的產品，從而在單芯片上實現(xiàn)數據采集與信號隔離的功能,，如AMC1203,。

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上文提到的產品系列輸出是∑?Δ數據流，可以使用專用芯片AMC1210將其還原成一個串口或并口的輸出,。它不僅集成了∑?Δ后端數據濾波器,，還加入了一些比較器，因此可以實現(xiàn)非常多的數字功能,。??

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