开关电源电流检测电路（采用差分运算检测）

Marxt · 发表于 2011-9-5 16:59:13

HI，大家好！新手发贴，希望大家多多指教。。。。！
之前在论坛里看到了几年前的篇关于电流检测的帖子，最后看完了那贴子后，好像都没有把问题给解决了。。想想几年前我在干什么，我想我那时还是一个小混混。。。。
对于差分运算放大器（减法器）我想大家都很熟悉了，所以我就不献丑了，只作简单的介绍！如下图（multiism画图）！

减法器 (原文件名:减法器.jpg)
简单的减法器原理电路懂的后，再说说电流测试电路，采用运放的方式作电流检测可以分为：“高端电流检测”和“低端电流检测”。如下图：

高低端电流检测电路 (原文件名:高低端电流检测电路.jpg)
好了，现在都知道差分运算放大器与高低端电流检测电路，细心的朋友可以发现，这二种电路有很大的相同点。就是在运放的二输入端都有信号输入，这二信号有比较的作用。下面，是实现开关电源项目常常会使用到的电流检测电路：

(原文件名:电流检测.jpg)

好了，终于我也搞明白了电流检测与差分运放的关系，当然在使用运放作电流检测时，运放输入Vsense电压必须少于运放工作电压2V。在2V的范围外运放都可以工作正常，当Vwork-Vsense<2V时，运放将会工作失常，俺试过一次这样的情况，然后运放就不能再回到正常工作状态。好像坏了！
运放输出的电压（电流）大小直接跟运放Rsense二端流过的电流成正比关系，因为这一关系，我们可以通过控制开关电源的输出电流即运放的Isense电流来
控制电源的输出电流大小，当然是通过光耦反馈等方式后进行PWM调节，使电源工作在正常的状态下！

终于写好了这一贴子，由于是刚进电子行业不久，希望得到大家的帮助与支持。这不知道这一贴说得有多对或有多错，我只是把我个人的想法和接触开源电源的知识说出来而已，希望和大家交流分享！如果有错的地方，希望哥们指出和纠正。小弟先在此谢过大家！

Marxt · 发表于 2011-9-5 17:02:28

自已先顶自己一把。。。。哈哈。。。

Marxt · 发表于 2011-9-5 17:08:57

实际测量值和仿真值有点不同，但差值很小很小，可能是实际元件和理想元件的差别造成的！但不阻碍原理的实现。。。。

huayuliang · 发表于 2011-9-5 18:45:54

http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4933974

ljmdzyx · 发表于 2011-12-28 23:59:19

马克

shi_90 · 发表于 2012-3-4 22:54:54

mark

1109 · 发表于 2012-3-4 23:18:34

这个得Mark，等我做程控开关电源的时候就用得着啦～

vivalite · 发表于 2012-3-5 06:23:55

不错，补充一下“高端电流检测”和“低端电流检测”的优缺点：

高端电流检测
优点：
-可以检测区分负载是否短路
-无地电平干扰
缺点：
-共模电压高，使用非专用分立器件设计较复杂、成本高、面积大

低端电流检测
优点：
-共模电压低，可以使用低成本的普通运算放大器
缺点：
-检流电阻引入地电平干扰，电流越大地电位干扰越明显，有时甚至会影响负载

dongls · 发表于 2012-3-5 06:35:38

mark

liushun66 · 发表于 2012-3-26 15:36:10

谢谢楼主。。。。。。。。。。

holmesruan · 发表于 2012-3-31 09:50:23

MARK.............

dhbighead · 发表于 2012-5-12 00:58:15

反馈个问题。。
实际搭出来这个电路，貌似输出电压一直在10v左右（电源电压12V），不论负载怎么变化，输出变化不大。
一共做了两个，不知道出了什么问题

Marxt · 发表于 2012-5-12 21:51:45

dhbighead 发表于 2012-5-12 00:58
反馈个问题。。
实际搭出来这个电路，貌似输出电压一直在10v左右（电源电压12V），不论负载怎么变化，输出 ...

IC电压和输入电压要有2V以上的差值！！若IC电压和输入电压的差值在2V范围内，就会出现你测试这种情况，在我做这个电路检测时，我也检测了这种情况！！

liubin1109 · 发表于 2012-5-14 11:58:23

看来我还得好好研究运放才行，前段时间折腾的电流高边检测/恒流，尽然用到了负压。。。汗颜呐
attach://17265.jpg

sweet_136 · 发表于 2012-5-24 10:04:02

嗯.很不错.说的很好.

夏日么么茶 · 发表于 2012-8-26 00:28:48

可能用的到

locky_z · 发表于 2012-8-26 09:48:42

high side电流检测我是尽量不用差分电路的，差分电路对元件匹配程度要求太高了，

例如以下这个电路模拟high side测量，开关电源输出36V，

OP供电是正负15V，因此需要将输入电压36V变成1/3以便适合运放共模范围，因此差分电阻选择100K和50K，
如果电流采样电阻Rsc上压降0.5V，根据电路参数得到运放输出是0.25V。（这是理想状态下）

如果电阻失配程度0.5%，例如R4电阻是50*(1-0.005),同样Rsc上电压0.5V，你根据参数可以算出运放输出电压为0.18875V
误差(0.18875-0.25)/0.25=24.5%

如果电阻失配程度0.1%，同样可以算出运放输出电压为0.23775V，误差4.9%

你觉得这样的测量误差还有用吗？

hudali · 发表于 2012-10-8 10:53:54

您好，我是新手，请问Vsense和Vwork指哪里的电压

Marxt · 发表于 2012-10-17 23:10:44

hudali 发表于 2012-10-8 10:53
您好，我是新手，请问Vsense和Vwork指哪里的电压

Vsense是指被检测电路的电压。即那个输入电流源电路的电压。
Vwork是指运放工作电压。
Vsense电压必须要至少少于运放工作电压2V，运放电路才能正常工作，否则会损坏运放！

dashiyedewa · 发表于 2013-8-7 00:35:08

学习了，对电设很有用。

azan · 发表于 2013-8-7 10:44:31

MARK

qd118118 · 发表于 2013-8-7 11:39:22

不错，怪不得运放输入前有加正反4148保护的

zzjjhh250 · 发表于 2013-8-7 12:27:06

高端检测要注意共模电压了，
推荐INA210 211之类的专用片子

onebobo126com · 发表于 2013-9-13 23:44:08

学习学习

wx85105157 · 发表于 2013-9-16 08:55:19

用轨到轨的运放不行么？

riptell2008 · 发表于 2014-6-10 10:17:18

学习了！！！

mculjf · 发表于 2014-8-6 17:05:17

学习了！！！

X丶虫你妹 · 发表于 2014-9-6 20:57:48

楼主辛苦了，十分感谢您的分享，我一定好好学学

rainingfore · 发表于 2014-9-26 16:17:40

mark，学习了，一看到运放就头痛，但还是涨了不少姿势！

imliyucai · 发表于 2014-9-29 13:45:04

vivalite 发表于 2012-3-5 06:23
不错，补充一下“高端电流检测”和“低端电流检测”的优缺点：

高端电流检测

总结得很全面。
有没有比较廉价的高端电流检测方法呢？
我曾经用运放做过低端电流检测，有时候会出现莫名其妙的问题。现在看可能就是低电平干扰了。

mk_avatar · 发表于 2014-11-1 13:49:17

顶起~~~~~~~

leo_advance · 发表于 2014-11-1 13:55:46

谢谢楼主分享

nos002 · 发表于 2014-11-3 22:03:57

本帖最后由 nos002 于 2014-11-3 22:10 编辑

locky_z 发表于 2012-8-26 09:48
high side电流检测我是尽量不用差分电路的，差分电路对元件匹配程度要求太高了，

例如以下这个电路模拟hig ...

这个，你自己真算过了？50K电阻0.5%的误差会使运放输出误差达24.5%？
输出0.18875V是怎么算出来的？按照Vout=Ui*R4/R1,输出应该是0.24785V！
即使R4电阻误差为1%，输出也会有0.2475V

xiangqian1114 · 发表于 2014-11-4 09:37:47

mark一下

second_chan · 发表于 2014-11-4 11:51:23

估计用不上，还是顶一下

locky_z · 发表于 2014-11-4 13:36:00

本帖最后由 locky_z 于 2014-11-4 13:38 编辑

Vo=Vi * (R4/R1)前提是4个电阻要匹配！！！

nos002 发表于 2014-11-3 22:03
这个，你自己真算过了？50K电阻0.5%的误差会使运放输出误差达24.5%？
输出0.18875V是怎么算出来的？按照V ...

正常时R4=50K，那么
(36.5-12)/100K = (12-Vo)/50K
即Vo=0.25V
但现在R4=49.75K,那么
(36.5-12)/100 = (12-Vo)/49.75
算得Vo=0.18875V
误差有多大？

Feco · 发表于 2014-11-4 13:43:26

不错的参考电路，收了

nos002 · 发表于 2014-11-4 14:08:52

locky_z 发表于 2014-11-4 13:36
Vo=Vi * (R4/R1)前提是4个电阻要匹配！！！

这坛里有很多关于高端电流差分检测的帖子，很多都是功率电源和运放电源共地，就如你给的图。
为什么要共地？你给的图运放正输入端已经是固定偏置，这已经不是差分放大。

locky_z · 发表于 2014-11-4 14:19:56

nos002 发表于 2014-11-4 14:08
这坛里有很多关于高端电流差分检测的帖子，很多都是功率电源和运放电源共地，就如你给的图。
为什么要共 ...

我的电路那个36V只是一个示意，并不是固定，其实这个36V就是差分电路的共模电压
这个电路只是说明一个注意现象，在高共模电压的差分电路里面，对差分电路的电阻精度要求非常高。

nos002 · 发表于 2014-11-4 14:57:36

本帖最后由 nos002 于 2014-11-4 15:16 编辑

locky_z 发表于 2014-11-4 14:19
我的电路那个36V只是一个示意，并不是固定，其实这个36V就是差分电路的共模电压
这个电路只是说明一个注 ...

共地以后只是反向放大器。
如果不共地，
要精确计算这个差分放大输出与输入的关系，由于个人水平有限还推导不出简约的表达式。
现用orcad仿真结果如下图：

以下是R4=49k时仿真结果

以下是R4=50K时的仿真结果

从结果看，即使电阻误差达到2%，输出值Vo相差也在10mv以内，符合差分放大近似表达式Vo=Vi*R4/R1的计算结果。

nos002 · 发表于 2014-11-4 15:31:22

本帖最后由 nos002 于 2014-11-4 15:34 编辑

高端电流检测，共地仿真

R4=49k，取样电阻上的电压为0.48V，输出竟然达0.335V

R4=50k，取样电阻上的电压为0.48V，输出为0.24V

colorat · 发表于 2014-11-4 15:56:23

很不错噢，顶顶

skyhuo · 发表于 2014-11-4 16:27:59

mark！！！！

locky_z · 发表于 2014-11-4 22:37:59

nos002 发表于 2014-11-4 14:57
共地以后只是反向放大器。
如果不共地，
要精确计算这个差分放大输出与输入的关系，由于个人水平有限还推 ...

你这电路中V13不算共模电压，运放的供电和V13完全隔离的，

这个电路Vo的推导很简单，
运放高输入阻抗，不吸收电流，所以B点就是R2 R3分压值12V
因为运放虚短，所以反相输入端也是12V，所以
（36.5-12）/ R1 = (12 - Vo) /R4
将R1 R4套进去就可以算出Vo

nos002 · 发表于 2014-11-4 22:40:19

locky_z 发表于 2014-11-4 22:37
你这电路中V13不算共模电压，运放的供电和V13完全隔离的，

我是说不共地的情况下，输出和输入的关系式。

locky_z · 发表于 2014-11-4 22:53:38

nos002 发表于 2014-11-4 22:40
我是说不共地的情况下，输出和输入的关系式。

完全隔离的实际上是不存在的，并且导致输出端电压随机
关于这个问题可以参考"看一个TI老工程师如何驯服精密放大器+129页+超清彩图书签版"其中一篇文章

nos002 · 发表于 2014-11-4 23:10:27

本帖最后由 nos002 于 2014-11-4 23:13 编辑

locky_z 发表于 2014-11-4 22:53
完全隔离的实际上是不存在的，并且导致输出端电压随机
关于这个问题可以参考"看一个TI老工程师如何驯服精 ...

我的仿真都白做了，TI工程师说的情况在我们讨论的这个电路不存在，正负输入端都有偏置电流通路。
而且如果电流是36V电源提供的话，你标示的36.5V的电位应该为35.5V。

lgy026 · 发表于 2014-11-7 22:34:22

不错，收了，谢谢

tongli · 发表于 2014-11-13 16:38:49

谢谢lZ学习了

51ding · 发表于 2015-6-9 15:04:37

可以，不错

难忘乡情 · 发表于 2015-7-18 17:35:25

Marxt 发表于 2011-9-5 17:02
自已先顶自己一把。。。。哈哈。。。

得好好看看，用358做的

梦之蓝 · 发表于 2015-7-18 19:05:09

谢谢楼主

zhangjinzj · 发表于 2015-7-18 19:10:09

mairk TI的IN138或者supertex的HV7802

zhouxun · 发表于 2017-5-14 12:00:36

必须mark

picobox · 发表于 2017-7-8 05:57:28

有用的文章，电流检测

清新怡人 · 发表于 2018-6-6 11:59:18

受教，谢谢。

gliet_su · 发表于 2018-6-6 13:03:43

直接INA138

1785345205 · 发表于 2018-6-6 16:02:35

学习了谢谢分享

hnqylgq · 发表于 2018-6-6 21:07:16

楼主基础好啊，支持！

bigk2000 · 发表于 2018-6-23 09:11:06

下一主题
电流检测方式汇总分析比较

songyongpan · 发表于 2019-11-14 22:07:42

电流检测 MARK

朝霞漫天 · 发表于 2020-10-8 16:49:13

电流检测，学习了

ty1221 · 发表于 2020-12-26 17:13:07

vivalite 发表于 2012-3-5 06:23
不错，补充一下“高端电流检测”和“低端电流检测”的优缺点：

高端电流检测

你好请教一下，低端电流检测检流电阻引入地电平干扰，电流越大地电位干扰越明显，有没有什么方法可以减小这个干扰的

开关电源电流检测电路（采用差分运算检测）

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