电流感测应用电路设计集锦

　　实际的电容元件存在着分布参数，其中对电容本身特性影响最大的是寄生电感，这些寄生电感与电容本身构成谐振回路，使电容在使用时有了一定的局限性，因此，能够测量出电容本身寄生电感的大小，可以在使用时更合理的选择电容元件。由于制造的工艺导致本身存在寄生电感和寄生电阻， 其等效电路模型如图1 所示。

　　图1 实际电容等效电路模型

　　其中C 为实际电容本身的标称电容， L 是其寄生电感， Rp是其并联等效电阻， Rs 是其串联等效电阻。寄生电阻会对经过电容的信号造成衰减， 但不会影响电容本身的频率特性。寄生电感会与电容构成串联谐振回路， 会使实际的电容在某个频率上发生谐振， 这种现象称为电容的自谐振 。

　　扫频发生器

　　AD9854(＄24.8040) 内置4~ 12 倍频的时钟倍频器， 因此可以外加1 个较低频率的时钟，通过倍频器倍频至300 MHz， 这样可以极大的降低高速片外时钟对系统造成的电磁兼容性问题。AD9854 内部有1个频率控制字寄存器，通过写该寄存器的值便可以改变输出信号的频率， 非常适合数字控制。同时由于时钟采用的时晶体振荡器，因此输出频率的稳定度和分辨率都非常高， 一般为10- 6数量级。

　　图4 AD9854 信号发生电路

　　谐振点检测电路

　　谐振点检测电路主要由检波器和AD 转换器组成， 其中常用的检波器有峰值检波器、有效值检波器和对数检波器。由于这里的检波只是为了检测出谐振点， 因此对检波器的种类没有特殊要求， 这里采用AD8307(＄7.5120) 这款宽带对数检波器。A D8307 可以实现DC 500 MH z 频率范围内的对数检波器， 其输出为直流电压， 输出与输入功率（ 以dBm为单位） 呈线性关系。由于该检测电路只是检测出谐振点，即图2 中的最低点， 只是一个比较关系， 并未对检测到的最低点的电平精度有很高要求， 因此对采样电路的精度要求不高，又因为对数检波器的输出是直流信号， 所以常见的大多数低速AD 转换器都可以满足要求。这里采用串行8 位的AD 转换器TLC549(＄1.1250)。TL549 采用三线制串行控制方法， 很方便与单片机控制器接口。该检测电路的原理图如图5 所示。

　　图5 谐振点检测电路

　　高侧电流感测参考设计电路图

　　此 TI 高精度验证设计通过一种双电源、高侧、四十年历史的电流感测解决方案提供原理、组件选择、仿真、完整 PCB 原理图和布局、物料清单以及均衡性能，可以精确检测 10uA-100mA 范围内的负载电流。相应的线性输出为 10mV 至 4.9V，允许常见 5V ADC 的测量。虽然可以对此类应用使用传统运算放大器，但与传统运算放大器相比，PGA281(＄2.8687) 可具有更多优势，可提供更准确、用途更广泛的解决方案，例如：差动测量可最大程度降低 PCB 寄生效应带来的误差，宽达 ±12.5 V 的共模电压输入范围， PGA281 可进行引脚编程的增益允许轻松切换增益设置，实现宽负载电流范围内的测量‘

　　高侧、四十年、双向、经验证的电流感应解决方案，感测10uA-100mA 范围的电流，误差小于或等于0.05%，支持宽达±12.5 V 的共模输入范围，拥有10mV 至 4.9V 输出，允许常见 5V ADC 的测量，利用 PGA281 可进行引脚编程的增益仪表放大器来实现四十年电流测。
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　　测量电流的两种"损耗"电流感测

　　只使用一个电阻器便可测量电流。每个人都知道欧姆定律：V=IR。通过测量已知电阻器上的电压就可以确定电流。图 1 是如何测量电源输出端电流的简易图。

　　图 1：使用一个电阻器测量电源输出电流

　　用这种方法测量电流可能对于限制或调节 DC 层面上的输出电流非常有用。出于控制目的，通常需要非常快速地测量 AC 电流。图 2 是测量同步降压转换器的 FET 电流的方法。

　　图 2：使用一个电阻器测量 FET 电流

这种电流测量方法对于电流模式控制非常必要。在低侧 FET 的源极中使用一个电阻器会让测量工作非常简单，因为它以 GND 为参考。尽管使用一个电阻器非常简单，但也有一个致命的弱点 — 电阻器会消耗电源！虽然非常简单，而且可能很精确（电阻器支持 0.1% 的容差），但电阻器确实会在系统中造成损耗。对于极大电流而言，这通常无法接受。这会在系统中快速形成很大的损耗。此外，电阻器还会对压降产生稳压及电压容差问题。必须有一种更好的方法！替代方案是使用电流传感变压器，其不