電流檢測被用來執行兩(liang) 個(ge) 基本的電路功能。首先，是測量“多大”電流在電路中流動，這個(ge) 信息可以用於(yu) DC/DC電源中的電源管理，來判定基本的外圍負載，來實現節能。第二個(ge) 功能是當電流“過大”或出現故障時，做出判斷。如果電流超過了安全限值，滿足軟件或硬件互鎖條件，就會(hui) 發出一個(ge) 信號，把設備關(guan) 掉，比如電機堵轉或電池中發生短路的情況。因此有必要選擇一種能承受故障過程中極端條件的魯棒性設計的技術。采用適當的元器件來執行測量功能，不但能獲得準確的電壓信號，還能防止損壞印製電路板。

　　測量方法

　　有各種不同的測量方法能產(chan) 生提示“多大”或“過大”的信號，如下：

　　電阻式（直接）

　　檢流電阻。

　　磁（間接）

　　電流互感器；

　　羅氏線圈；

　　霍爾效應器件。

　　晶體(ti) 管（直接）

　　RDS（ON）；

　　比率式。

　　每種方法都有其優(you) 點，是有效的或可接受的電流測量方法，但也各有利弊，這一點對應用的可靠性至關(guan) 重要。這些測量方法可分為(wei) 兩(liang) 類：直接的，或間接的。直接方法的意思是直接連到被測電路裏，測量元件會(hui) 受到線電壓的影響，間接方法的測量元件與(yu) 線電壓是隔離的，在產(chan) 品的安全性有要求時有必要采用間接方法。

　　電阻式

　　檢流電阻

　　用電阻測量電流是一種直接方法，優(you) 點是簡單，線性度好。檢流電阻與(yu) 被測電流放在一個(ge) 電路裏，流經電阻的電流會(hui) 使一小部分電能轉化為(wei) 熱。這個(ge) 能量轉換過程產(chan) 生了電壓信號。除了簡單易用和線性度好的特點，檢流電阻的性價(jia) 比也很好，溫度係數（TCR）穩定，可以達到100 ppm/℃以下或0.01%/℃，不會(hui) 受潛在的雪崩倍增或熱失控的影響。還有，低阻（小於(yu) 1mΩ）的金屬合金檢流電阻的抗浪湧能力非常好，在出現短路和過流情況時，能實現可靠的保護。

　　磁

　　電流互感器

　　電流互感器（圖1）有三個(ge) 突出優(you) 點：與(yu) 線電壓隔離，無損測量電流，大信號電壓能很好地抵禦噪聲。這種間接測量電流的方法要求用到變化的電流，例如交流電，瞬變電流或開關(guan) 式直流電，來產(chan) 生一個(ge) 磁耦合到次級繞組裏的變化磁場。次級測量電壓可以根據在初級和次級繞組間的匝數比實現縮放。這種測量方法被認為(wei) 是“無損的”，因為(wei) 電路電流通過銅繞組時的電阻損耗非常小。但是，如圖2所示，由於(yu) 負載電阻、芯損，以及初級和次級直流電阻的存在，互感器的損耗會(hui) 導致失去一小部分能量。

　　圖1，理想的電流互感器電路

　　圖2，電流互感器損耗的組成

　　羅氏線圈

　　羅氏線圈（圖3）類似於(yu) 電流互感器，會(hui) 在次級線圈內(nei) 會(hui) 感應產(chan) 生一個(ge) 電壓，電壓大小與(yu) 流經隔離電感器的電流程正比。特殊之處在於(yu) ，羅氏線圈采用的是氣芯設計，這一點與(yu) 依賴層壓鋼等高磁導率鐵芯和次級繞組磁耦合的電流互感器完全不同。氣芯設計的電感較小，有更快的信號響應和非常線性的信號電壓。由於(yu) 采用了這種設計，羅氏線圈經常被用在像手持電表這樣的已有接線上，臨(lin) 時性地測量電流，可以認為(wei) 是電流互感器的低成本替代方案。

　　圖3

　　霍爾效應

　　當一個(ge) 帶電流的導體(ti) 被放進磁場裏時（圖4），在垂直於(yu) 磁場和電流流動方向上會(hui) 產(chan) 生電位差。這個(ge) 電位與(yu) 電流大小成正比。在沒有磁場和電流流過時，就沒有電位差。但如圖5所示，當有磁場和電流流過時，電荷與(yu) 磁場相互作用，引起電流分布發生變化，這樣就產(chan) 生了霍爾電壓。

　　霍爾效應元件的優(you) 點是能測量大電流，而且功率耗散小。然而，這種方法也有不少缺點，限製其使用，例如要對非線性的溫度漂移進行補償(chang) ；帶寬有限；對小量程的電流進行測量時，要求使用大偏置電壓，這會(hui) 引起誤差；易受外部磁場的影響；對ESD敏感；成本高。

　　圖4，霍爾效應原理，無磁場

　　圖5，霍爾效應原理，有磁場

　　晶體(ti) 管

　　RDS（ON） -漏極到源極的導通電阻

　　由於(yu) 晶體(ti) 管對電路設計來說是標準的控製器件，不需要電阻或消耗能量的器件來提供控製信號，因此晶體(ti) 管被認為(wei) 是沒有能量損失的過流探測方法。晶體(ti) 管數據表給出了漏極到源極的導通電阻（RDS（ON）），功率MOSFET的典型電阻一般在毫歐範圍內(nei) 。這個(ge) 電阻由幾部分組成，首先是連到半導體(ti) 裸晶的引線（圖6），這部分電阻影響了很多溝道特性。基於(yu) 這個(ge) 資料，流經MOSFET的電流可以用公式 ILoad = VRDS（ON） / RDS（ON）計算得出。

　　由於(yu) 界麵區域電阻的微小變化和TCR效應，RDS（ON）的每個(ge) 組成部分都會(hui) 造成測量誤差。通過測量溫度，及用由溫度引起的電阻預期變化來修正被測電壓，可以對TCR效應部分地加以補償(chang) 。很多時候，MOSFET的TCR會(hui) 高達4000ppm/℃，相當於(yu) 溫度上升100℃，電阻的變化達到40%。通常來說，這種測量方法的信號精度大約為(wei) 10%～20%。從(cong) 應用對精度的要求來看，對於(yu) 提供過壓保護來說，這個(ge) 精度範圍是可以接受的。

　　圖6 ，N溝道增強型MOSFET的簡化模型

　　比率式 - 電流檢測MOSFET

　　MOSFET由成千上萬(wan) 個(ge) 能降低導通電阻的並聯的晶體(ti) 管元胞構成。檢流MOSFET使用一少部分並聯元胞，連到共柵極和漏極，但源極是分開的（圖7）。這樣就產(chan) 生了第2個(ge) 隔離的晶體(ti) 管，即“檢測”晶體(ti) 管。當晶體(ti) 管導通時，流經檢測晶體(ti) 管的電流與(yu) 流經其他元胞的主電流成一定比例。

　　精度公差的範圍取決(jue) 於(yu) 具體(ti) 的晶體(ti) 管產(chan) 品，低的達到5%，高的可以達到15%到20%。這種方法通常不適合一般要求測量精度達到1%的電流控製應用，但適合過流和短路保護。

　　圖 7

　　從(cong) 上麵的總結表可以看出，探測電路中電流的方法有很多種，要根據應用特定的需求來選擇合適的方法。每種方法均有其優(you) 點和短板，這些因素都要在設計中加以仔細考量。