【儀器儀表商情網 技術分析】 在為客戶提供支持時，我遇到的最常見的問題就是直流感應。直流感應方法很簡單，就是安放一個與負載(分流電阻器)串聯的電阻器，然后測量整個電阻器的電壓(分流電壓)。對于頻程為 10 至 15 倍的負載電流而言，這種方法極為有效。

但是低功耗應用需要 30 倍乃至更高頻程的電流感應解決方案。使用線性器件測量分流電壓時，實現這種寬負載電流范圍可能很困難。

圖 1 所示的是兩個增益如何能夠增大可測量負載電流范圍。

圖1

兩個增益范圍的電流感應

對數放大器和可編程增益放大器是一個選項，但如果需要測量的只是 20 至 30 倍頻程的負載電流，就有點過度了。

另一種方法可使用帶開關的運算放大器控制增益，如圖 2 所示。

圖2

低側運算放大器可調增益

如果分流電阻器與接地之間存在任何寄生阻抗，這就會產生不準確性。這是一個很大的弊端。圖 3 所示的是當 Rg 涉及接地時，運算放大器可獲得寄生電壓 (VPAR)。

圖3

寄生電壓誤差，Rg=GND

要降低該誤差，應將 Rg連接至 Vpar(Kelvin 連接 Kevin-connection)。下圖 4 所示為運算放大器不將增益應用于寄生電壓，而其仍然出現在輸出端。Vpar隨負載電流及 PCB 制造容差變化而變化。

圖4

寄生電壓誤差，Rg= Vpar

要消除該誤差項，可使用只放大差分電壓的器件，例如儀表放大器。

圖 5 所示為 Kelvin 連接(Kevin-connected)至分流電阻器時，儀表放大器如何消除誤差。圖 5 中的方程式可簡化為 Vout=Vref+Vshunt(注意 VPAR=0)。

圖5

無寄生誤差的儀表放大器

許多系統設計人員需要單電源解決方案。傳統儀表放大器不能滿足該需求，因為它們具有有關輸入共模電壓、電源、參考電壓以及增益的輸出擺幅限制。

圖 6 所示為INA333儀表放大器的這種關系。

圖6

INA333單電源工作

例如，如果輸出共模電壓為 1V，輸出擺幅則為 ~0V 至 ~2V。在低側感應情況下，共模電源為 0V，因此輸出擺幅極小，甚至沒有擺幅。

為克服該問題，INA326儀表放大器可使用獨特的電流拓撲提供真正的軌至軌輸入輸出。

將INA326的獨特性與控制其增益的開關相結合，可實現優異的單電源電流感應解決方案，其可檢測達 30 倍頻程的負載電流。

圖 7 是實例設計的原理圖。

圖7

10μA 至 10mA的單電源電流感應解決方案

圖 7 所示的是用于10μA-10mA 單電源電流感應解決方案的TI 高精度設計。設計包括理論、計算與TINA-TI仿真。

下次大家在設計電流感應解決方案時，務必要理解放大器的局限性。在嘗試復雜解決方案之前，應明白簡單開關可顯著拓展范圍!