電流測量仍然是大多數能量采集設計和一般功率敏感電子應用的基本要求。電流檢測放大器提供安全可靠地監控電流所需的關鍵功能。為了在能量采集設計中增加電流檢測功能，工程師可以利用制造商提供的各種電流檢測放大器，包括ADI公司，凌力爾特公司，Maxim Integrated公司，德州儀器公司和Touchstone半導體公司等。

測量電流的能力在廣泛的應用中很重要，但在與能量產生和存儲相關的能量收集應用中通常是至關重要的。對于能量產生，電流感測提供了防止諸如過電流之類的故障所需的反饋和控制中的關鍵因素。對于電池組中的能量存儲，測量電池單元電流放電的能力對于確保最大化電池壽命所需的安全充電和放電周期至關重要。

在大多數應用中，電流測量通常依賴于電壓的精確測量低側檢測電阻串聯接地（圖1a），或與電源串聯的高側檢測電阻（圖1b）。

圖1：工程師可以在負載的低（a）或高壓側（b）實現電流測量，每種方法都有其優缺點（線性技術提供）。

低端電流測量通常可以采用傳統的差分放大器，這為這種類型的測量提供了一種簡單有效的方法。另一方面，低側電流測量存在一些明顯的缺點。低負載檢測電阻位于負載和地之間，可防止負載直接接地。此外，如果負載意外接地，這種配置可能導致危險的高電流（圖2）。

圖2：低端電流測量可能導致危險 - 如果負載意外接地，則為高電流（由Maxim Integrated提供）。

高端測量

高端測量消除了這些問題，允許負載保持與地面的直接連接，同時提供了一種方法檢測意外短路引起的高負載電流。高端電流監控在電池供電系統中尤其有用，因為它不會干擾電池充電器的接地路徑。但是，高端測量會對設備選擇和操作帶來額外的要求。對于這種測量配置，采用差分放大器的傳統方法效率較低，因為差分放大器的輸入電阻存在顯著差異，需要確保使用非常匹配的電阻來獲得可接受的共模抑制比。

IC制造商已經采用一類專用電流檢測放大器（也稱為電流分流監控器）來滿足對改進的高端電流測量的需求，能夠為測量電流提供可靠的解決方案。特別是對于能量收集設計，電流檢測放大器通常優于差動放大器。與差動放大器不同，電流檢測放大器的設計工作輸入電平超過器件自身的電源電壓。

德州儀器（TI）INA282等器件可以在-14至+80 V的共模電壓下檢測分流器的壓降。 ，與電源電壓無關。同時，電流檢測放大器具有極低的失調特性，即使在最低電壓電平下也能實現精確測量。對于TI INA282，其低偏移使電流檢測能夠在分流器上實現最大壓降，滿量程低至10 mV。

電流檢測放大器還具有高共模抑制比，即使在相對處理時也能保持高精度高壓和共模噪聲。由于電流檢測放大器可以在輸入端獲得更好的匹配，因此共模抑制不再依賴于輸入電阻匹配。

與其他方法不同，電流檢測放大器不需要電阻網絡來衰減高壓輸入水平。實際上，這些器件可以與小型分流電阻一起使用，所有這些都可以在運行期間實現極低的功耗。 TI的INA282采用+2.7至+18 V單電源供電，最大電源電流為900μA。與低功耗睡眠模式相結合，電流檢測放大器通常為功率敏感的能量收集應用提供比早期方法更有效的解決方案。

多種選擇

設計人員可以找到各種電流檢測放大器，以滿足特定的帶寬，電流和封裝要求。除TI INA282等電壓輸出器件外，設計人員還可以找到電流輸出器件，如凌力爾特公司的LTC6102，它集成了將輸入電壓轉換為輸出電流的電路（圖3）。

圖3：除了可用的電壓輸出電流檢測放大器外，凌力爾特公司LTC6102等器件還包括用于產生電流輸出的內部電路（由Linear Technology提供）。

適用于要求極低功耗的應用，Maxim Integrated MAX9938和Touchstone Semiconductor TS1102系列具有1μA（典型值）電源電流。兩者均具有+ 25°C時的極低輸入失調電壓，MAX9938提供±100μV（典型值）和±500μV（最大值），而外形尺寸兼容的TS1102具有±30μV（典型值）和±200μV （最大值）。這兩款器件均支持低電源電壓工作，MAX9938工作電壓低至1.6 V，TS1102系列工作電壓低至2 V.

對于高速控制環路，設計人員可以找到增益帶寬產品的設備百kHz至超過1 MHz。 ADI公司的ADM4073提供1.8 MHz的增益帶寬積，特別適合用于電池充電器控制環路。同樣，Maxim Integrated MAX9611的增益帶寬積為2.5 MHz。

數字輸出

雖然電流檢測放大器通常提供電流或電壓輸出，但工程師可以找到直接與MCU接口的器件。 MAX9611集成了I2C控制的12位，500采樣/s ADC，可用于讀取檢測電阻，輸入共模電壓，運算放大器/比較器輸出，運算放大器/比較器兩端的電壓。參考電壓和內部芯片溫度。 I2C總線兼容1.8和3.3 V邏輯，可輕松連接MCU。

設計人員還可以找到多通道版本的數字輸出電流監視器。 Maxim Integrated提供具有I2C串行接口的雙通道MAX34408，而Texas Instruments INA3221則是具有I2C接口的三通道器件。兩款器件都使用類似的多路復用輸入連接到信號鏈頭部的高速ADC，用于監控各種故障，如過流（圖4）。

圖4：多通道德州儀器（TI）INA3221等電流檢測放大器將每個輸入通道復用到片內ADC，通過I2C接口向MCU產生數字輸出（由德州儀器公司提供）。

結論

電流檢測放大器提供這些優勢使其成為基于差分放大器的傳統設計的高端電流監測的首選解決方案。除了高帶寬和共模特性外，這些器件還具有高精度和極低功耗的特點。利用可用的電流檢測放大器，工程師可以實現針對能量收集應用而優化的高端電流測量電路。