電流是一種信號，可通過其深入了解系統的運行方式因而獲得寶貴的信息。在既定條件下，執行任務所需的電流恒定不變，因此可將電流信息作為確定系統是否按預期運行的有用指標。電流測量存在多種方法和測量位置可供選擇，通過測量結果可評估這種提供了重要信息的信號。

低側感測

其中一個電流測量位置位于特殊負載或系統的接地返回路徑中。如果在該位置執行電流測量，針對器件的要求是最低的，只需使用一個放大器處理向下接地的共模信號。如圖 1-1 所示，將一個小電流感測電阻（也稱“分流電阻”）與系統接地返回路徑串聯，電阻上隨即產生與電流成正比的電壓。

圖 1-1 低側電流感測

許多不同類型的放大器能夠提供這種輸入電壓范圍低至接地的低側性能。標準運算放大器、差分放大器、儀表放大器及電流感測放大器都具有共模輸入范圍（包括接地端）。

表 1-1 提供了這四類放大器在電流感測應用中的概要比較情況。

低側感測的弊端之一是監測的負載直接與系統接地相連會產生損耗。如圖 1-2 所示，當電流流經分流電阻時，元件兩端的電壓會發生變化，進而導致系統基準與所監測負載的接地電勢產生電勢差。如果系統無法提供與系統電流成正比且上下浮動的接地電勢，這種變化的基準連接存在問題。

圖 1-2 不斷變化的負載基準

除了系統接地不斷變化外，在低側測量位置難以檢測到某些故障條件。如果短路狀態導致電流通過另一條路徑而不是通過分流電阻接地，低側放大器將無法檢測到這一事件。

高側感測

在負載的高側測量電流，或直接與監測的電源軌和電路的其余部分串聯時，可以避免低側電流測量過程發生系統基準變化和短路路徑交替問題。高側位置支持測量完整的系統電流，以便檢測流經非預期路徑的所有過剩電流。遠離低側位置可消除電流引起的分流電壓而導致的系統接地變化。

在高側位置執行電流測量面臨的一項挑戰是，放大器必須與大輸入電壓軌（例如高壓電池）相連。測量電流的典型信號鏈路徑是將電流感測電阻兩端的電壓進行放大，然后將這個放大后的信號引入模數轉換器 (ADC)。與通信和工業設備中受監控的電壓軌相比，ADC（包括作為分立器件以及在微控制器中集成的情況）的輸入范圍相對較小。所需的共模電壓會超過 60V，因此要求放大器支持遠超出低壓元件所允許輸入范圍的輸入信號。

電流感測放大器是專為適應這些高壓輸入電平而開發的專用放大器，能夠使放大器后的低壓元件保持在線性輸入范圍內并為這些元件提供過壓保護。

由電壓低至 1.7V 的電源供電時，INA190 電流感測放大器符合監測高壓電源軌以及連接低壓元件的要求，如圖 1-3 所示。

如果系統進入關斷或睡眠狀態，為 ADC、微控制器和信號路徑放大器供電的低壓電源可能會被關閉。然而，即使監測放大器掉電，電池應仍與測量電路相連。INA190 具有容性耦合輸入級，可在被禁用或電源電壓為零時避免電池中出現不必要的電流消耗。

對于這種常開狀態，電流感測放大器的輸入電路經專門設計，無論器件電源電壓如何，均可適應整個輸入范圍。

無論是否存在電源電壓，INA190 都可以在輸入引腳上承受完整的 40V 輸入電壓，同時從電源中汲取極少的電流，并且不會遭到損壞。

圖 1-3 INA190：專用電流感測放大器

備選器件建議

對于需要在較小封裝中以較低電壓使能閾值充分發揮 INA190 性能的應用，INA191 可采用小型 0.96mm² 芯片級封裝。對于電壓高達 110V 并具有快速穩定要求的應用，使用具有高帶寬的 INA296B 是專用電流檢測放大器的理想選擇。INA241B 還提供高達 110V 的輸入共模電壓范圍，并采用增強型 PWM 抑制電路，適用于具有大共模輸入電壓轉換的應用，例如電機控制和開關電源。INA301 電流感測放大器具有一個板載比較器，用于在芯片上執行過流檢測。

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