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很多電路設(shè)計(jì)中都需要用到電流數(shù)據(jù)，而對于采樣電流的方法有很多，比如使用互感器或者霍爾效應(yīng)來做，要說最便宜的的方式，那肯定還是得使用檢流電阻做采樣。
7 種電流傳感器原理簡介，趕緊收藏！
那么，要檢測一個(gè)回路的電流，我們應(yīng)該把檢流電阻放在哪里呢？
這里如上圖的回路簡圖中可以想到，起碼有兩個(gè)位置可以讓我們選擇，如果選擇上面設(shè)計(jì)見留電組，在布局布線上會省很多事情，因?yàn)椴槐乜紤]R上過大電流會影響地平面問題。不過，高邊的檢流電阻需要配合運(yùn)放要能夠承受足夠高的共模電壓輸入，顯然不是明智之舉。
低邊設(shè)計(jì)，這是離低成本更近的一條路，檢流電阻設(shè)計(jì)在低邊，使用運(yùn)放對電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，低邊的電壓就不要求運(yùn)放具備很高的共模電壓耐受，運(yùn)放的選擇會容易很多。
01、如何精確地設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的低邊電流采樣電路呢？
上圖是一個(gè)典型的低邊電流采樣設(shè)計(jì)圖，其中Rshunt作為檢流電阻，運(yùn)放則對檢流電阻兩端的電壓進(jìn)行差分放大，運(yùn)放的供電電源為5V，差分輸入端因?yàn)樵陔娐返牡瓦叄粫泻艽蟮墓材ｋ妷阂?。Vos是運(yùn)放的失調(diào)電壓，這個(gè)會影響我們的精度。
【五】BMS 系統(tǒng)的電流采樣都有哪些注意事項(xiàng)？
02、設(shè)計(jì)初期，我們需要確定哪些需求？
首先，我們要設(shè)定我們的檢流范圍，這里我們假設(shè)是30 ~ 50A。
其次，我們需要確定檢測電流的精度，這里我們確定為5%吧。
03、設(shè)計(jì)步驟及推算
1. 先討論最簡單的檢流電阻的選擇
電流采樣的原理在于，流過檢流電阻的電流將在電阻兩端產(chǎn)生電壓，我們已知檢流電阻阻值，必然可以計(jì)算出電壓。
同時(shí)，為了讓低邊檢流電阻的電壓足夠小，布置于影響地平面，這里的低邊電流檢測電阻應(yīng)越小越好，不過，太小也不行，最大電流產(chǎn)生不了足夠的電壓進(jìn)行采樣。
目前市面上的金屬檢流電阻通常有5mR 2mR 和1mR，這里我們可以選擇1mR作為檢流電阻。因此設(shè)Rshunt = 1mR，若要檢測50A電流，此電流會在電阻上產(chǎn)生50mV的電壓。
這里首先要注意的就是檢流電阻的功率，通過P = U*I可以計(jì)算出，電阻的最大峰值功率為50mV * 50A = 2.5W，這里降額設(shè)計(jì)，我們可以選擇功率為4W的檢流電阻。
2. 運(yùn)放的增益
通常，我們的數(shù)字電路設(shè)計(jì)為3.3V，那么我們希望最大的電流檢測范圍轉(zhuǎn)換為電壓信號后為0-3.3V。這樣來設(shè)計(jì)的，我們可以確定，運(yùn)放的放大倍數(shù)為60倍。因?yàn)椋?/p>
3300mV ?/ 50mV ? 約等于 60
這樣，我們先設(shè)定R1為2K，根據(jù)運(yùn)放的增益公式，Gain = R2/R1 = 60，可以推算出R2使用120K最為合適。
同時(shí)，這里要注意增益電阻的公差和溫漂參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)會直接影響到最后電流的輸出精度，這里我們先選擇0.5%精度的分壓電阻。
3. 運(yùn)放的輸入偏移電壓
通常情況下，運(yùn)放并不是理想的，運(yùn)算放大器的輸入偏移電壓會影響到最終的電流采樣精度，所以我們應(yīng)該選擇偏移電壓在什么范圍內(nèi)的呢？
這里可以通過整個(gè)電路的誤差計(jì)算來得到一個(gè)范圍。
首先我們假設(shè)理想情況下的電路參數(shù)
這里輸入輸出關(guān)系就是按照理論計(jì)算而來，對于運(yùn)放和電阻都是理想情況下，沒有考慮公差。那么假設(shè)在最大電流復(fù)雜情況下，公式中替換成實(shí)際數(shù)值為：
Vo = 50A1mR（120K/2K） = ?3V。
如果我們要求電流在最糟糕的情況下滿足誤差不超過5%。那么需要滿足如下公式
此時(shí)Err = (Vo' - 3)/3*100 = 5 ，由此計(jì)算出Vo' 應(yīng)該為3.15V，也就是說，考慮到所有電阻的誤差和溫漂，以及運(yùn)放的偏移電壓之后，在最大電流的情況下，我們的輸出電壓不能夠超過3.15V。
整個(gè)放大系統(tǒng)在考慮誤差的情況下，其Vo'為:
注意：偏移電壓的放大方式為非反向放大器，因此其增益為1+ R2/R1。
公式中的帶'的符號都為考慮了誤差之后的值，因此我們需要先把這些誤差計(jì)算出來。
△R1= [(公差) + (溫度特性)] x R1 = [(-0.5%) + (-50ppm/℃)] x R1
△R2= [(公差) + (溫度特性)] x R2 = [(+0.5%) + (+50ppm/℃)] x R2
△Rshunt= [(公差) x (溫度特性)] x Rshunt = [(+1%) + (+100ppm/℃)] x Rshunt
解釋一下，這里的公差基本確定，我們選擇的分壓電阻為0.5%的精度，檢流電阻的公差為1%的精度。
公式中為什么會有正負(fù)公差呢？這是因?yàn)槲覀円紤]罪惡里環(huán)境的情況，萬一R1和R2的公差正好相反呢？不過溫度漂移一般是相同的，這里暫且按照同樣的相反計(jì)算。
什么叫最惡劣？溫度不搞到125°肯定是不夠的，因此我們最后有一個(gè)溫漂的誤差。所以這里125度下的溫漂也應(yīng)該計(jì)算進(jìn)去。
如果R1 = 2K，R2 = 120K 那么，相應(yīng)的正負(fù)偏差可以計(jì)算出來：
△R1= [(公差) + (溫度特性)] x R1 = [(-0.5%) + (-50ppm/℃)] x R1
= 【-0.005 + -0.005】* 2KR = 20R
△R2= [(公差) + (溫度特性)] x R2 = [(+0.5%) + (+50ppm/℃)] x R2
= 【0.005 + 0.005】* 120KR = 1.2KR
△Rshunt= [(公差) x (溫度特性)] x Rshunt = [(+1%) + (+100ppm/℃)] x Rshunt
= 【0.01 + 0.01】* 1mR = 0.02mR
我們把上述誤差帶入到考慮公差的式子中，就可以求出Vos的值了。
簡單帶入一下：3.15 = [50A1.02mR(121.2/1.98)] + [Vos*((121.2+1.98)/1.98)]
此時(shí)，我們可以確定，如果保證Vo' ?< 3.15V ，則Vos < 466uV。
這樣，對用戶我們選擇運(yùn)放就有了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，也就是需要運(yùn)放的偏移電壓小于500uV吧，當(dāng)然有時(shí)候運(yùn)放沒有這么好，那就犧牲一點(diǎn)點(diǎn)的電流精度吧。
