低側(cè)電流感應(yīng)用于高性能、成本敏感型應(yīng)用

作者：Tim Claycomb 德州儀器公司

需要控制電機(jī)的應(yīng)用通常包含某種類型的電流感應(yīng)電路。感應(yīng)通過電機(jī)電流的能力可以幫助設(shè)計(jì)師根據(jù)電機(jī)電流狀態(tài)做出如速度之類的調(diào)整。

例如，在無人機(jī)的應(yīng)用中，每個(gè)控制螺旋槳的電機(jī)通常使用低側(cè)電流感應(yīng)電路，操控?zé)o人機(jī)在空中行進(jìn)、停留或上升。在鉆機(jī)和往復(fù)鋸等電動(dòng)工具中，低側(cè)電流感應(yīng)根據(jù)用戶按動(dòng)扳機(jī)的力度來控制工具的速度。這些產(chǎn)品通常需要成本敏感型設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些產(chǎn)品面對消費(fèi)者市場。在這篇博文中，我將介紹如何為成本敏感型應(yīng)用設(shè)計(jì)低側(cè)電流感應(yīng)電路。

在設(shè)計(jì)低側(cè)電流感應(yīng)電路時(shí)，高性價(jià)比的方法之一是使用非反相配置運(yùn)算放大器（op amp）。圖1是使用運(yùn)算放大器的典型低側(cè)電流感應(yīng)電路原理圖。

圖1：低側(cè)電流感應(yīng)原理圖

公式1用于計(jì)算圖1中的電流傳遞函數(shù)：。

圖1中所示的低側(cè)電流感應(yīng)電路設(shè)計(jì)過程分為三個(gè)簡單的步驟：

1.計(jì)算最大分流電阻。當(dāng)來自負(fù)載（ILOAD）的電流流過分流電阻器（RSHUNT）時(shí)，分流電阻器上會(huì)形成一個(gè)電壓電位（VSHUNT）。VSHUNT被視為系統(tǒng)負(fù)載的“接地端”。因此，建議將VSHUN的最大負(fù)載電流保持在100mV以下，以避免在與其它具有真正0V接地的系統(tǒng)連接時(shí)出現(xiàn)問題。公式2用于計(jì)算RSHUNT值：

2.計(jì)算放大器的增益。運(yùn)算放大器放大VSHUNT以產(chǎn)生VOUT_MIN到VOUT_MAX的輸出電壓擺幅，其中VOUT_MIN 和VOUT_MAX分別是放大器的最小和最大輸出擺幅極限。公式3用于計(jì)算放大器產(chǎn)生所需的輸出擺幅的增益：

公式4用于計(jì)算放大器反饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻RF和RG的大小，以此來設(shè)置公式3中計(jì)算出的增益：

3.選擇運(yùn)算放大器。在低側(cè)電流感應(yīng)應(yīng)用中，如果電流是雙向的，共模電壓可以處于或低于地電位；因此，放大器的輸入共模電壓范圍必須處于或低于地電位。TLV9062是一款高性能通用放大器，專為成本敏感型的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其輸入共模電壓范圍可低至地電位。

TLV906x系列高性能通用放大器可用于成本敏感型的低側(cè)電流感應(yīng)系統(tǒng)，因?yàn)槠湓鲆鎺挘?0MHz）、壓擺率（6.5V/μs）、偏移電壓（0.3mV）以及輸入共模電壓范圍為負(fù)電源電壓以下100mV。表1列出了一些TLV906x系列的技術(shù)參數(shù)。

圖2顯示了0A至0.5A低側(cè)電流感應(yīng)電路的最終組件值，其計(jì)算請參照上述步驟1至3。

圖 2：0A至0.5A的低側(cè)電流感應(yīng)原理圖

諸如無人機(jī)和電動(dòng)工具等應(yīng)用需要成本敏感型的低側(cè)電流感應(yīng)解決方案來控制電機(jī)。在這篇文章中，我將電路設(shè)計(jì)簡化為三個(gè)簡單步驟：確定最大分流電阻，計(jì)算產(chǎn)生最大輸出擺幅的放大器增益以及選擇放大器。在下一篇文章中，我將討論如何為低側(cè)電流感應(yīng)電路設(shè)計(jì)印刷電路板（PCB）。