1.前言

在這個由兩部分組成的系列的第一部分中，我討論了直流增益中的失調電壓 (V OS ) 和失調電壓漂移 (TCV OS ) 機制，以及如何選擇具有合適電平的納級功率運算放大器(op amp)精度以最大限度地減少放大的低頻信號的信號路徑中的誤差。在第二部分中，我將回顧電流檢測的一些基礎知識，并展示我們可以使用運算放大器幫助最大限度降低系統(tǒng)功耗同時仍提供準確讀數(shù)的方法。

2.電流感應

設計人員通過將一個非常小的“分流”電阻與相關負載串聯(lián)，在其兩端連接一個電流檢測放大器或運算放大器，從而執(zhí)行用于系統(tǒng)保護和監(jiān)控的電流檢測。專用電流檢測放大器在檢測電流方面非常出色，但在功耗最重要的情況下，精密納米功率運算放大器是一個不錯的選擇。

我們可以在兩個位置相對于負載放置分流電阻器：負載和電源之間（圖 1），或負載和地之間（圖 2）。

 1：高端電流檢測

圖 2：低側電流檢測

在這兩種情況下，為了檢測具有已知電阻值的電流，運算放大器會測量分流電阻器端子之間的電壓。使用歐姆定律（公式 1），我們可以確定電流消耗：

其中 V 是電壓，I 是電流，R 是電阻。

選擇分流電阻器和運算放大器，以便它們對電路行為的影響最小。在選擇電阻器時，有兩個因素推動了對低值電阻器的需求：

· 保持電阻兩端的壓降盡可能小，以便負載的負端子在低側檢測中盡可能靠近地，或在高側檢測中盡可能靠近電源。

· 保持低功耗。等式 2 表明，由于我們正在測量電流，因此它是自變量，電阻應盡可能?。?/span>

澄清一點：由于我們正在測量電流而不是試圖最小化電流（就像我在本系列的第一部分中所做的那樣），我們需要最小化電阻器的值以最小化功耗——這是相反的思考過程管理直流增益配置中的功耗。

超低功耗電流測量技術可用于移動電源電池充電和監(jiān)控、手機電池充電和監(jiān)控等終端設備，甚至可以確保工業(yè)物聯(lián)網應用的正常運行。

那么，在選擇電阻值時，我們能做到多低呢？簡單地說，電阻兩端的壓降應該大于我們使用的運算放大器的失調電壓。

3.低側差分電流測量

假設我們要執(zhí)行低側差分電流測量（圖 3）以確保系統(tǒng)中既沒有短路也沒有開路連接。為簡單起見，讓我們?yōu)楸臼纠x擇簡單的數(shù)字，并忽略電阻容差等參數(shù)。

圖 3：低側差分電流測量

電源電壓為 3.3V。系統(tǒng)正常運行時最多消耗 10mA 電流，并且我們不希望負載看到的有效接地電壓高于 100μV。我們首先會意識到我們的分流電阻器的壓降（由于電流）必須小于或等于 100μV。

如果我們使用公式 3 來確定最大分流電阻：

我們的有效接地將為 100μV，如公式 4 所示：

我們必須選擇能夠檢測此壓降變化的運算放大器，這表明出現(xiàn)了故障情況。因為當負載電流在其典型值 10mA 的 ±10% 以內時，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。然后，當電流變化至少 10% 時，我們的運算放大器將能夠檢測到檢測電阻器兩端的電壓變化。  

當出現(xiàn)故障情況時（例如開路、低電流導致的掉電，或大電流導致的短路或掉電），公式 5 將電流變化 (I Δ ) 表示為：

公式 6 計算了 V SHUNT兩端電壓降的最終變化：

在這個例子中，我會選擇LPV821零漂移納米功率放大器。其零漂移技術可實現(xiàn)僅 10μV 的最大失調電壓，使其能夠檢測故障狀況。零漂移運算放大器非常適合高精度 (<100μV) 測量。此外，LPV821 還是一款毫微功率放大器，這意味著我們可以讓它始終保持開啟狀態(tài)，它將繼續(xù)提供準確的電流檢測測量，而對系統(tǒng)功率預算的影響很小。希望本系列提供一些關于在直流增益和低側電流檢測應用中使用納米功率零漂移運算放大器的好處的見解。