车载应用中的电流检测

　　要求电流检测的车载应用

　　车载应用中的电流检测包括控制通过螺线管和喷射器的电流。例如，在柴油喷射时，我们用48V 或更高的电压迅速地将感应喷射器的电流提高到20 安培。一旦达到20A，电流检测电路就会向控制电路提供反馈信号，以保持喷射器电流为20A 不变。

　　电流检测通常可增强重要的性能或特性。电动车窗系统是展示电流检测技术优势的一个很好的例子。由于马达扭矩与电流成正比，因此马达在扭矩过大的情况下就会停止工作，比方说人的胳膊卡在电动车窗上，或者机械系统发生故障时，马达都会停止工作。

　　电流检测的方法

　　负载或电源的低压侧或高压侧都可进行电流检测。共模电压是指分路(shunt) 上的电压（不是分路上的差分电压），在低压侧检测为零伏。低压侧检测最简单，可采用最基本的放大器电路。低压侧检测的难点在于：低压侧检测会影响系统的接地端，可能还需要增加更多的线路，而且这种作法通常不利于故障诊断。

　　图1 中的高压侧分路放大器可检测很高的电源电压上极低的差分电压(通常为100mV 或更低)，通常在车载应用中为13.8V。不过，如果为无限制的(unconditioned) 电池线路，那么会受瞬变影响：如果无意中将电池方向放错就会出现–13.5V 的情况，如果出现负载突降或感应反冲，那么最大瞬变可达72V。不妨设想，放大器通常采用5～12V 的单电源供电（5V 的电源供电日益常见），这就需要放大器的输入引脚连接到共模电位，大大超过了放大器电源轨的限制。

　　图1 在高压侧电流检测中，共模电压是主要问题

　　老式分路检测电路基于差动放大器，即周围带四个电阻来设置增益并提供差动输入的运算放大器(operation amplifier)。这些电阻使运算放大器能接受超过其电源轨的共模电压。不过，这也会带来下面一些负面问题：一是电路必须配置为衰减器，在随后的运算放大器级中恢复增益，如图2A 中的IC 结构图所示，运算放大器的增益会成倍增大第一个放大器的偏置和漂移量，从而降低整体性能。二是采用高共模电压差动放大器要增加电阻网络，以使之在仍然只提供单位增益的同时能够接受较高的共模电压。高共模差动放大器带来的影响在于：运算放大器的噪声增益与共模衰减成正比，如图2B 所示的差动放大器结构采用了20:1 的内部共模衰减，此举使放大器的偏置、漂移和噪声都比运算放大器本身扩大了20 倍。此外，较大的输入电阻也会造成较高的噪声。

　　图2 可用于车载电流检测的电阻型高共模电压差动放大器

　　电流分路监控器是专门用于分路电流检测的高共模电压差动放大器，能够解决电阻型差动放大器的局限性。电流分路监控器与差动放大器相比的主要区别在于：其共模电压功能通常只扩展到正电压，而一些电流分路监控器允许共模接地。这会造成更多的衍生情况，我们随后还要谈到。共模电压功能也允许扩展到负电压。电流分路监控器从一开始设计时就是以单电源电压工作的，通常最低电压可达2.7V。图3 显示了两类电流分路监控器，分为电流输出型分路监控器和电压输出型分路监控器。电流输出型分路监控器通常静态电流较低，需要外部输出电阻，从而使终端用户能够设定增益。电压输出器件采用固定增益且不需要其他组件。