丈量电流以检测超出规模的状况
流经体系的电流量反映了体系的运转功率。了解体系运转状况的一个根本切入点是将从电源拉取的电流与该特 定运转条件下的预界说方针规模进行比较。假如电流超出预期水平，表明体系中存在耗电量超出预期的元件。同理，假如电流低于预期，则或许表明体系某部分的供 电状况异常或许乃至处于断电状况。
可以经过多种办法来诊断体系中的毛病状况，具体取决于超出规模指示的预期用处。一种办法是监测整个体系的电流耗费，以承认电源中潜在的破坏性偏移。在这种状况下，丈量精度一般并不重要，仅需简易警报指示发生超限。
一般运用熔断器来供给短路维护，防止体系流入破坏性电流。在发生超出规模状况时，熔断器会熔断，然后断开电路。此刻，有必要替换熔断器才干确保体系从头正常 运转。在最坏的状况下，假如难以获取熔断器，则需求 将体系交给至修理厂。
熔断器呼应特定电流阈值的功率受限于时刻 – 电流相 关性。图 1 显现了熔断器的示例时刻-电流呼应。
图 1：典型的时刻-电流熔断器曲线
在另一种过流维护计划中，体系会在检测到偏移时对其 本身进行维护，但在毛病条件被铲除后当即康复正常运转。这种维护办法运用比较器将监测的作业电流水平与界说的阈值进行比较，寻觅超出规模的状况。为特定运用创立必要的检测等级依赖于 特定于体系的变量，如所需超出规模阈值的可调理性、 阈值水平中可接受的裕度以及有必要以多快的速度检测出偏移。
INA381是一款专用电流检测扩大器吃产品，具有集成的独立比较器，可以 履行与超出规模检测所需的预期作业阈值的根本比较。 图 2 显现了 INA381 丈量电流检测电阻器上发生的差分 电压以及与用户可调理的阈值水平进行比较的景象。 超出阈值水平后，警报输出会拉低。INA381 的警报 呼应可以快至在10μs后盯梢电流偏移。
图 2：INA381过流比较器
除毛病指示外，或许还需求供给有关电源实践拉取的 电流巨细或特定负载的信息。关于这些要求，典型的 办法是运用电流检测扩大器和独立比较器的组合，如图 3所示。
图3： 分立式过流检测
电流检测扩大器丈量检测电阻器上发生的差分电压并 将输出发送至比较器输入和模数转换器 （ADC）。INA301在一个器材中结合了电流检测扩大器（供给与丈量的输入电流成份额的电压输出信号）和板载比较器（用于过流检测），如图 4 所示。
图4：INA301集成过流检测
凭仗电流信息和超出规模指示器，体系可依据运转状况 运用多种监测和维护机制。INA301 运用的一种机制是 首要仅监测警报指示器，将其用作毛病指示器。在检测到超出规模状况而且警报 脚置位后，体系当即开端自动监测模仿输出电压信号，然后答应体系相应地做出呼应。体系呼应一般是下降体系功用水平、彻底封闭或继续监测以确 定偏移是否会成为更严峻的问题。
凭仗成正比的输出电压和板载过流检测功用，体系可以 仅在必要时自动监测电流信息，然后优化体系资源。 INA301 扩大器在固定增益 100（增益也可所以 20 或 50）下具有 450kHz 的小信号带宽和 35μV 的最高输入失调电压。除最大增益差错标准 0.2% 之外，扩大器还能快速检测超出规模状况。INA301 可以 完成准确的输入丈量并快速呼应过流 事情，呼应时刻小于 1μs，其间包括输入信号丈量、与用户挑选的警报阈值进行的比较以及比较器输出的置位。
备选器材主张
关于需求经过板载过电流检测来监测高于INA301 36V规模的电压轨上电流的运用，应运用INA200。
INA180 是一款常用于运用外部比较器的分立过流检测电路的电流检测扩大器。
关于需求监测第二个毛病阈值水平的运用，INA302 选用一 个具有专用可调理阈值水平的附加超出规模比较器。
监测电流以辨认多种超出规模的状况
在承认印刷电路板 （PCB） 规划是否正常运转时，首要 需求检查的参数之一是作业电流。经过检查作业电流，您可以当即判别电路板上是否有器材短路，是否有任何器材 损坏或（在某些状况下）软件是否按预期运转。传统办法是运用电流检测扩大器和模数转换器 （ADC） 来监测电流是否发生超出规模的状况，该办法无法供给所需的警报呼应时刻。此外，运用ADC来监测过流警报阈值需求在ADC和主机处理器之间继续进行通讯，这会不用要地增加体系担负。
为了完成辨认电流超出规模状况所需的呼应时刻，您 需求运用模仿比较器来检测电流何时超出给定的参阅阈值。不过，在许多状况下，仅设定一个警报等级不 足以承认体系状况，也无法针对超出规模的电流作出 相应的体系呼应。
为了满意该要求，可以运用 图 1 中所示的电路来监测多种超出规模的电流状况。
图1：用于检测多个过流事情的离散完成
该电路包括五个器材：一个电流检测扩大器、两个比较器和两个基准。图 1 所示的离散完成需求慎重挑选比较器，以取得所需的警报呼应时刻。 假如呼应过慢， 体系或许没有富余的时刻来采纳相应的办法；假如呼应过快，或许触发过错的警报，然后或许导致体系关断。 图 2 显现了一个更简略的电路，该电路可以处理离散 完成中存在的规划问题。
图2：INA302 多用处过流比较器
INA302 可以检测两种超出规模条件。 较低的超出规模条件称为过流正告阈值，而较高的超出规模条件称 为过流毛病阈值。利用过流正告阈值，可以检测电流何时开端变得过高但没有到达或许导致体系关断的故 障阈值。
当电流超出正告阈值时， 体系可以挑选经过禁用子电路、操控电源电压或下降时钟频率来下降体系功耗，以下降总体系电流并防止呈现 毛病。假如的确发生过流毛病状况，有必要敏捷作出响 应，以止发生进一步的体系损坏或毛病行为。
为了最大程度地削减组件数量并便于 运用，INA302 的警报阈值经过单个外部 电阻器进行设置。毛病阈值应 设置为高于最坏状况下体系或许会耗费的电流值。电流 超出该阈值后，INA302 的警报引脚会在 1μs 内作出 呼应。正告阈值依赖于运用，但一般高于标称作业电 流。正告阈值呼应时刻可经过外部电容器在 3μs 至 1 0s 的规模内 经过适当地设置正告阈值推迟时刻，可以将过流正告阈 值设置为更挨近最大直流作业电流，一起仍可 防止由时刻短电流尖峰或噪声引起的过错跳闸。毛病阈 值和正告阈值之间更大的距离 为体系供给了额定的时刻，以便在超越毛病阈值之前采纳预 防办法。 某些体系答应在触发警报之前 在超出正告阈值的状况下运转一段时刻。此类运用之一 是监测流向处理器的电源电流。可以答应处理器在超出 正常最大电流水平的状况下时刻短地 运转一段时刻，以最大程度地进步要害操作期间的核算 吞吐量。假如电流在超越设定的推迟时超出正告阈值， 警报输出将拉低，以告诉主机处理器，以便在发生过热 状况之前电压或时钟频率会下降。
在某些体系中，检测出电流何时过低十分有用。关于这些运用，图 3 中所示的 INA303 可供给过流和欠流检 测。进行调理。
图3：INA303 过流和欠流检测
电流超出过流毛病阈值后，ALERT1 输出将在 1μs 内作出呼应。不过，假如电流降至欠流阈值以下， 则经过推迟电容器来设置 ALERT2 呼应时刻。正常 运转状况下或许呈现时刻短欠流状况。不过，假如欠流状况的继续时刻善于预期，则或许是由损坏的器材或行将发生毛病的体系导致的。在这种情 况下，警报输出可向体系操控器告诉这一状况，而且 可以在体系发生毛病之前施行毛病处理程序。
欠流检测的另一个用处是承认体系状况是否正确。某些 体系会进入低功耗形式，该形式下的电流低于正常作业 规模。在这种状况下，欠流警报输出可以告诉主机体系 的确已进入关断状况。
在某些规划中，只有当电流超出预期的作业规模时才需 要告诉。关于这些状况，可将两路警报输出衔接在一 起，然后将 INA303 装备为在窗口形式下运转，如图 4 所示。在该形式下，只需电流处于正常运转窗口内，单 路警报输出就处于高电平。
图4： INA303 窗口形式运转
备选器材主张
INA226 可用于需求数字电流监测的运用。假如您只需求 单路数字警报输出，那么 INA300 可以选用微型 2mm x 2mm 无引线四方扁平 （QFN） 封装。 关于除模仿电流信号外仅需运用单路警报输出的应 用，INA301 可在 1μs 内作出呼应，然后供给超卓的电 流监测精度。
用于供给过流维护的高侧电机电流监测
高精度大功率电机体系一般需求将转速、转矩和方位 等具体反应发送回到电机操控电路，然后高效准确地操控电机运转。
更简略的电机操控运用（例如固定运动使命）或许不需 要相同水平的准确体系反应，由于它们或许只需求知道 体系是否在其途径中遇到意外物体或许电机绕组是否短 路。增加简略的超出规模检测功用可以使指示超出规模事情的速度有所提高，因而完成动态操控和自动监测的更杂乱的电机操控体系可以从中获益。
经过将电流检测扩大器与直流电源串联，驱动电机驱动 电路的高侧 – 如图 1 所示 – 可以轻松丈量流入电机 的总电流， 以检测超出规模的状况。要检测细小的走漏，您还可以 丈量低侧回来电流。高侧和低侧电流电平之间的差异表 明在电动机或电动机操控电路内存在走漏途径。
图1：低侧和高侧电流检测
直流电压电平随电机额定电压而异，然后导致可习惯 相应电压电平的多种电流丈量处理计划。关于低电压 电机（约 5V），挑选用于监测此电流的电路要简略得多，由于多种扩大器类型（电流检测、运算、 差分、外表）可以履行电流丈量功用并支撑该共模输入 电压规模。
关于电压较高的电机（如 24V 和 48V），可用的选项 局限于专用电流检测扩大器和差分扩大器。跟着电压要 求不断进步，丈量差错开端影响有用承认超出规模状况的才能。
一种用于阐明扩大器在高输入电压电平下运转时的有 效性的标准是共模按捺 （CMR）。该标准直接阐明晰放 大器输入电路对高输入电压搅扰的按捺作用。在抱负状况下，扩大器可以彻底按捺或消除两个输入引脚的 共用电压而且仅对两者之间的差分电压进行测验它们。不过，跟着共模电压的上升，扩大器输入级 中的漏电流将导致额定的输入失调电压。较大的输入范 围等级将按份额发生较大的丈量差错。
例如，CMR 标准为 80dB 的扩大器（差分或电流监测） 会在丈量成果中依据输入电压电平引进较大的失调电 压。CMR 标准 80dB 对应于针对施加到输入的每伏特电 压在丈量中发生额定的 100μV 失调电压。
许多器材具有规则的作业条件（例如，共模电压 ［VC M］ = 12V，电压源 （VS） = 5V），这建立了默许标准 （具体而言，即 CMR 和电源按捺比 ［PSRR］）的基 线。例如，在 60V 共模电压下运转会导致 VCM 改变 48V （60V-12V）。在 80db CMR 下，除了器材数据表中指定的输入失调电压之外，48V 改变还会导致发生额 外的 4.8mV 失调电压。
该额定发生的失调电压不会明显影响选用校准计划的应 用。不过，关于体系校准无法处理该偏移漂移的运用， 挑选具有更佳 VCM 按捺的扩大器至关重要。 INA240 是一款专用的电流检测扩大器，其共模输入电 压规模为 -4V 至 +80V，在该器材的整个输入和温度范 围内的最坏 CMR 标准为 120dB。 120dB 的 CMR 对应 于共模电压每改变 1V 额定发生 1μV 的输入失调电 压。温度对扩大器按捺共模电压才能的影响在许多产品 的数据表中都没有具体记载，因而除了室温标准之外， 您还应对该影响进行评价。 INA240 在整个 -40°C 至 +125°C 的温度规模内可确 保 120dB CMR 标准。INA240 在整个温度规模内的典型 CMR 功用为 135dB（每改变 1V 发生的失调电压小于 0. 2μV），如图 2 所示。
图2：共模按捺与温度间的联系
体系操控器可以依据电流检测扩大器的丈量成果来评价体系的运转状况。将当时信息与预界说的运转阈值进行比较可以检测出超出规模事情。高侧电流检测扩大器后边的比较 器可以轻松检测并快速向体系宣布警报，然后使体系可以采纳纠正办法。
图 3 阐明晰用于在丈量驱动电动机驱动电路的高电压轨 上的电流时监测和检测超出规模偏移的信号链途径。 与 丈量的输入电流成正比的输出信号会被导入 ADC，而且 还被 发送到比较器以检测过电流事情。假如输入电流电平超出作为比较器基准电压的预界说阈值，则比较器警报将置位。
对过流检测电路的一项要害要求是可以检测出超出范 围状况并快速作出呼应。100kHz 的信号带宽和 2V/ μs 的压摆率使 INA240 可以在几微秒的时刻内准确 丈量和扩大输入电流信号，并将输出发送到高速比较器，以依据短路状况 宣布警报。该时刻短的呼应时刻可确保体系中流过的意外过大电流不会损坏其他要害体系组件。
图3： 高侧过流检测
备选器材主张
您可以将 LMP8640HV 用于丈量高电压才能的运用，这些 运用需求更高的信号带宽或更小的封装。 关于需求可以接受更高电压的运用，可挑选 INA149，这 是一款高功用差分扩大器，可以衔接高达 ±275V 的共 模电压 （电源电压为 ±15V），并确保 CMR 为 90dB（或输入 每改变 1V，发生 31.6μV 的失调电压）。 INA301 是一款具有板载比较器的精细电流检测扩大器， 可检测高达 36V 的共模电压下的过流事情。
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