簡介

隨著電力電子開關(guān)技術(shù)的不斷進步，精確測量電流以用于反饋控制和系統(tǒng)監(jiān)測的需求越來越高。精確測量電流的方法有多種，每種方法都有其優(yōu)點和局限性。本文重點介紹需要較高精度與帶寬的電流測量方法，這些方法可用于測量諸如計算機/電信板輸入電流、逆變器相電流和其他承載電流從幾安培到100A的電路電流。

另外，對于如何使用霍爾效應(yīng)電流傳感器測量電流，以及如何使用集成電流鏡的負載開關(guān)或電熔絲電路，本文也將給出具體細節(jié)。同時，我們將比較這些方法與使用分流電阻的電流采樣架構(gòu)。

背景知識

分流器和電流互感器一直被認為是在電氣和電子電路中進行電流采樣的最佳方法，但這些方法卻有著明顯的缺點。分流器需要在信噪比和采樣元件的功率損耗之間進行權(quán)衡，這種權(quán)衡讓它很難在寬電流范圍內(nèi)進行精確測量；而電流互感器則通常導致昂貴的大型解決方案，并且僅適用于測量交流電流。

電流測量方法

半導體技術(shù)的進步將霍爾效應(yīng)傳感器和電流鏡引入了電子電路的設(shè)計。這兩種器件幾乎就是無損電流采樣設(shè)備，其輸出易于縮放，可以獲得最佳信噪比。本文將重點介紹采用這兩種器件的電流測量解決方案。

電流鏡采樣方法

電流鏡電流采樣通常用于具有內(nèi)部功率MOSFET的設(shè)備，例如智能功率級、負載開關(guān)和電熔絲。它采用幾個功率FET單元作為電流鏡，并產(chǎn)生與流過主開關(guān)的電流成正比的電流輸出。

當這些電流流經(jīng)外部電阻器時，很容易產(chǎn)生與流經(jīng)主FET的電流成正比的電壓。這種測量方法非常適合半橋功率級設(shè)備，因為它們提供10A至90A的寬電流能力，并提供具有5μA/A至10μA/A增益的電流鏡輸出。這種功率級對采用單相或多相配置的同步降壓穩(wěn)壓器應(yīng)用尤其有用。

對于其他應(yīng)用，采用負載開關(guān)或電熔絲（e-fuse）電路可以保護下游電子設(shè)備免受浪涌電流或過載情況的影響。這類電路通常采用功率MOSFET作為開關(guān)元件，而監(jiān)測流過這些設(shè)備的電流，電流鏡是一種高性價比方式。例如，MPS的MP5921即為一款尖端的熱插拔電熔絲器件，它可以提供多個級別的保護功能，以及電流和溫度監(jiān)測功能（見圖 1）。

MP5921在獨立工作模式下可以支持高達50A的持續(xù)電流，在多個器件并聯(lián)配置時可以支持更高的電流（見圖 2）。

MP5921器件可以與MP5920配合使用（見圖 3）。通過MP5920，電流信號可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并通過I2C進行監(jiān)測。

這些解決方案非常適合在計算和服務(wù)器主板上采用DC/DC變換器的應(yīng)用。而諸如具有電機驅(qū)動器和AC/DC電路的其他應(yīng)用，則得益于電流采樣器件，用以生成與電機驅(qū)動器或電源逆變器上的交流電流一致的雙向信號。

霍爾效應(yīng)電流采樣方法

這些應(yīng)用中存在的高電壓可能會對周圍的邏輯電平電路造成威脅。而霍爾電流傳感器則可以在高電壓、大電流電路和用于控制器件的邏輯電平電路之間提供電流隔離。它感應(yīng)每個電流產(chǎn)生的磁場，然后輸出與電流成正比的電壓。

MPS的MCS180x系列電流傳感器提供高精度霍爾效應(yīng)電流采樣，并提供高達2200V的隔離電壓，其工作電壓也高達280V，可用于電流高達50A的應(yīng)用。逆變器是霍爾效應(yīng)電流傳感器的一種常見應(yīng)用。本文側(cè)重于介紹三相逆變器，因為它們在電力電子設(shè)備（例如 UPS、電機驅(qū)動器和太陽能應(yīng)用）中無處不在，而且，通過移除三相逆變器中其中的一相，可以將它輕松推廣到離線應(yīng)用中。通常，傳感器用于將相電流反饋給控制器（見圖 4）。在圖4中，高壓側(cè)標記為紅色，而邏輯電壓標為綠色。隔離是通過原邊（載流引線）與副邊（輸出引線）之間的電流分離來實現(xiàn)的。

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