在電子電路領(lǐng)域，電流測量至關(guān)重要，它主要用于執(zhí)行兩個基本的電路功能。其一，測量電路中流動的電流 “多少”，這些信息可用于 DC/DC 電源中的電源管理，以確定必要的外圍負(fù)載從而節(jié)省電力。其二，確定何時存在 “過多” 電流或故障情況。當(dāng)電流超過安全限值時，軟件或硬件互鎖條件將被觸發(fā)，并發(fā)送信號來關(guān)閉應(yīng)用程序，例如電機(jī)停轉(zhuǎn)或電池短路等情況。因此，選擇一種設(shè)計穩(wěn)健、能夠承受故障期間極端條件的技術(shù)就顯得尤為關(guān)鍵。執(zhí)行測量功能的適當(dāng)組件需維持準(zhǔn)確的電壓信號，并防止印刷電路板受到損壞。

電流測量方法分類

指示 “多少” 狀況和 “太多” 狀況的信號可通過多種不同的測量方法獲得，每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使其成為有效或可接受的電流測量方法，但同時也存在對應(yīng)用可靠性至關(guān)重要的權(quán)衡。這些方法大致可分為兩大類：直接測量法和間接測量法。直接方法意味著測量組件直接連接在被測量的電路中，且暴露于線路電壓；而間接方法則能提供設(shè)計安全可能必需的隔離。

常見的電流測量元件及方法

1. 電阻式測量方法
   • 電流檢測電阻：電阻器是一種直接測量電流的方法，具有簡單和線性的顯著優(yōu)點(diǎn)。電流檢測電阻器與被測量的電流串聯(lián)放置，當(dāng)電流通過時，會有少量功率轉(zhuǎn)化為熱量，這種功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了用于測量的電壓信號。除了簡單性和線性度等有利特性外，電流檢測電阻器還是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。其電阻溫度系數(shù) (TCR) 穩(wěn)定在 0 C 或 0.01 %/o C，并且不會遭受雪崩倍增的可能性或熱失控。
   • 電流互感器：電流互感器具有三個主要優(yōu)點(diǎn)。它能提供與線路電壓的隔離，實現(xiàn)無損電流測量，并且可提供抗噪性良好的大信號電壓。這種間接電流測量方法需要變化的電流，如交流電流、瞬態(tài)電流或開關(guān)直流電流，來產(chǎn)生變化的磁場，該磁場磁耦合到次級繞組中。次級測量電壓可以根據(jù)初級和次級繞組之間的匝數(shù)比進(jìn)行縮放。不過，由于負(fù)載電阻、磁芯損耗以及初級和次級直流電阻造成的變壓器損耗，會損失少量功率。
   • 羅氏線圈：羅氏線圈與電流互感器類似，次級線圈中感應(yīng)出的電壓與流經(jīng)隔離導(dǎo)體的電流成正比。不同的是，羅氏線圈采用空心設(shè)計，而電流互感器依賴于高磁導(dǎo)率磁芯（如層壓鋼）來磁耦合到次級繞組?？招驹O(shè)計使其具有較低的電感，能提供更快的信號響應(yīng)和非常線性的信號電壓。由于其設(shè)計特點(diǎn)，它通常用作現(xiàn)有接線（如手持式儀表）的臨時電流測量方法，可被視為電流互感器的低成本替代方案。
2. 霍爾效應(yīng)測量方法
   當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場中時，垂直于磁場和電流方向會產(chǎn)生電勢差，該電勢與電流的大小成正比。當(dāng)沒有磁場且存在電流時，不存在電勢差。然而，當(dāng)存在磁場和電流時，電荷與磁場相互作用，導(dǎo)致電流分布發(fā)生變化，從而產(chǎn)生霍爾電壓?；魻栃?yīng)器件的優(yōu)點(diǎn)是能夠以低功耗測量大電流。但它也存在許多缺點(diǎn)，限制了其使用，例如需要補(bǔ)償?shù)姆蔷€性溫度漂移、帶寬有限、低量程電流檢測需要較大的失調(diào)電壓（可能導(dǎo)致誤差）、對外部磁場敏感、靜電放電敏感性以及成本較高等問題。
3. 晶體管測量方法
   • R DS (ON) – 漏源導(dǎo)通電阻：晶體管被認(rèn)為是一種無損過流檢測方法，因為它們是電路設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)控制元件，無需其他電阻或功耗器件來提供控制信號。晶體管數(shù)據(jù)表提供了功率 MOSFET 的漏極至源極導(dǎo)通電阻 (RDS (ON))，典型電阻在 mΩ 范圍內(nèi)。該電阻由多個組件組成，首先是通過電阻連接到半導(dǎo)體芯片的引線，構(gòu)成了眾多通道特性。根據(jù)這些信息，通過 MOSFET 的電流可由 ILoad = VRDS (ON) / R DS (ON) 確定。不過，R DS (ON) 的每個組成部分都會因界面區(qū)域電阻的微小變化和 TCR 效應(yīng)而產(chǎn)生測量誤差。TCR 效應(yīng)可以通過測量溫度并利用溫度引起的預(yù)期電阻變化來校正測量電壓來部分補(bǔ)償。通常，MOSFET 的 TCR 可高達(dá) 4000 ppm/ ° C，相當(dāng)于溫度升高 100 ° C 時電阻變化 40%。一般來說，這種測量方法提供的信號精度約為 10% 至 20%，根據(jù)精度要求，這可能是提供過流保護(hù)的可接受范圍。
   • 比率指標(biāo) – 電流檢測 MOSFET：MOSFET 由數(shù)千個并聯(lián)晶體管單元組成，可降低導(dǎo)通電阻。電流檢測 MOSFET 使用一小部分并聯(lián)單元，并連接到公共柵極和漏極，但連接到單獨(dú)的源極，從而創(chuàng)建了第二個隔離晶體管 ——“感應(yīng)” 晶體管。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，通過感測晶體管的電流將與通過其他單元的主電流相當(dāng)。根據(jù)晶體管產(chǎn)品的不同，精度容差范圍可以低至 5% 或?qū)捴?15% 至 20%。這通常不適用于通常需要 1% 測量精度的電流控制應(yīng)用，但適用于過流和短路保護(hù)。