高低边电流检测技术分析
因为低边检流的共模电压接近地电位，检流电压可以利用一个低成本、低电压运放进行放大。低边电流检测方案简单而且便宜，但很多应用无法接受检流电阻引入的地线干扰。负载电流较大时更会加剧这个问题，因为系统中一部分电路的地电位由于低边检流电阻而产生偏移，而这部分电路可能与另一部分地电位没有改变的电路相互联系。
为了更好地理解这一问题，设想采用低边电流检测的“智能电池”充电器（见图2），AC/DC转换器输出连接到2线智能电池。这种电池通常通过一条线传输电池的具体信息，表示电池的“健康”状况，而利用另一条连线测量温度。检测电池温度时，通常在电池包内采用一个负温度系数的热敏电阻，提供一个以电池负极为参考的比例输出信号。
如图2所示，插入的检流电阻进行低边检测。由电池电流产生的检测电压经过放大并反馈到控制器，提供必要的功率调节。由于检测电压随电池电流变化，因此改变了电池负极的电压，造成温度输出的不准确。
低边检测的另一个主要缺点是：无法检测电池与地意外短路时的短路电流。图2中，电源正极与地短路时将造成极大的电流，足以损坏MOSFET开关（S1）。尽管存在这些缺陷，由于电路简单、成本较低，对于那些不需要短路保护的应用，并且可以忍受地线干扰时，低边检测不失为一个极具吸引力的方案。
为什么选择高边检测
高边电流检测（见图1（b））将检测电阻放置在高侧 —— 电源与负载之间，不仅消除了低边检测中出现的地线干扰，而且能够检测电池与系统地的短路故障。
然而，高边检测要求检流放大器能够处理接近电源电压的共模电压，这个共模电压根据具体应用而变化：监测处理器核电压时大约为1V，在工业、汽车和电信应用中可能达到数百伏。例如，笔记本电脑的典型电池电压为17～20V，汽车应用中电池电压为12V、24V或48V，电信应用中电压通常为48V。此外，高边电流检测还可能用在更高电压应用中，如高压电机控制、雪崩光电二极管（APD）、PIN二极管以及高压背光LED。因此，高边检流放大器需要解决的一个关键问题是处理高共模电压的能力。
传统的高边检流放大器
在典型的5V供电低压应用中，高边检流放大器可以用简单的仪表放大器（IA）实现。但IA架构有一定的局限性，例如：限制输入共模范围。另外，IA的价格相对较高，而且当共模电压较高时，低压IA无法满足工作要求。由此可见，高压是高边检流放大器所面临的设计挑战。
图3 传统的高边检流放大器
解决这个问题的直接方案是利用电阻分压器按一定比例降低高边共模电压，使其处于检流放大器的输入共模范围内。然而，这种方式增大了电路板尺寸并提高了设计成本，而且无法获得精确的测量结果，以下给出了具体解释。
评论