电流检测电阻通常被称为电流分流器，可以用来准确检测负载中的电流。这些分流电阻与负载串联，电阻上产生的电压与流过它的电流成正比。但在大电流应用中，检测电阻的体积通常将会很大，并以发热的形式耗散大量功率。在这些设计场景中，利用印刷电路板上现成的覆铜迹线来检测电流，可能是一种不错的解决方案。
当进行电流检测时，通常设计人员会首先考虑利用专用电阻来完成设计，不过有时候，也会考虑利用PCB迹线来进行电流检测。
电流检测电阻通常被称为电流分流器，可以用来准确检测负载中的电流。这些分流电阻与负载串联，电阻上产生的电压与流过它的电流成正比。但在大电流应用中，检测电阻的体积通常将会很大，并以发热的形式耗散大量功率。在这些设计场景中，利用印刷电路板上现成的覆铜迹线来检测电流，可能是一种不错的解决方案。
不过，采用铜迹线作为分流器，也还面临着其他一些问题，最显著的为如下几个：
低电阻率
铜的电阻率非常低，这意味着要么是采集的检测信号电压非常小，需要相对高难度的放大处理；要么是需要较长长度的覆铜迹线来实现既定的电阻值，从而需要占用较大的PCB面积，导致成本增加。
容差限制
当利用铜迹线进行电流检测时，迹线的PCB面积还受到电阻容差的影响。虽然窄铜迹线的电阻率较高，利用窄迹线可以减短迹线长度，进而也会减小PCB占位面积，但印刷电路板迹线的蚀刻公差限定了最小迹线宽度，通常被限定为0.015～0.025英寸。
高温度系数
另一个困难是铜的温度系数，该值为0.39%/℃。这意味着温度每上升50℃，给定电流下的压降将增加20%。还要注意的是，尺寸公差会直接影响电阻的阻值。通常，印刷电路板蚀刻工艺的边缘控制能力，确定了可接受的最小宽度。
精确的铜迹线电流检测
本文所讨论的解决温度系数问题的方法，借鉴了芯片电路设计技术，即利用几何比值来确定电路增益，而不是采用绝对值。即便是采用这种方法，也并非毫无困难。因为压降非常低，通常都在10mV以下。幸运的是，现代零漂移(自动归零或斩波)运算放大器，为解决低压降问题提供了成熟的解决方案。下面将会看到，在实现初始精度方面，仍然存在一些限制，不过一旦经过校准，这种方法就会非常精确。
本文设计思路是创建两个具有几何关系的电阻，该几何关系将确定所需增益。例如，考虑一个大电流路径(称为RSHUNT)，其(归一化)尺寸如下：L (长)=1，W (宽)=10。而增益设置元件(称为RGcreate)则采用另一种图形，即L=10，W=1。这样得出的尺寸比、进而得到的电阻比为100：1。由于增益电阻的作用是对大电流RSHUNT路径进行温度补偿，因此其位置应对称，并靠近RSHUNT元件。
图1所示的简化原理图，为初步测试上述概念所用的基本电路。运算放大器驱动MOSFET，并通过增益电阻提供所需的反馈电流，电压输出与测量电流成正比。这是一个专为“低侧检测”设计的基本电路，其中电流分流器的一个端子接地，放大器输出参考点为地。
图1：用于低侧电流检测的基本电路，采用了带温补的PCB铜迹线分流方案。本文图片来源：微芯科技
请注意，该电路要求运算放大器具有类似于零漂移放大器那样的超低输入偏移。
在图1的简化原理图中还可以看到，流过R3和RG的电流始终是输入电流及RSHUNT与RG电阻之比值的函数。对于RSHUNT和RG的实际值，其实只有一个要求，就是其总值的选择需确保流经的电流不超过MOSFET T1中的电流限值。而RSHUNT和RG的比值，可通过以下公式确定：
IT1=IIN(RSHUNT/RG)
该电流公式设定了一个比率，输出电流是输入电流的一部分，并与几何比率成正比。R3上的电压用作输出，可通过增益调节将其调整至所需值。在一个电路板布局实例中，绘制出了低侧电流检测电路的RSHUNT和RG，具体如图2和图3所示。
图2：期望的分流电阻和增益电阻迹线布线设计。
图2所示为与电路板铜迹线增益电阻和铜迹线分流电阻比例相匹配的布线方案图，该方案可最大限度地减小初始误差和温度影响。电阻的布局充分利用了比例和交叉图案方法。
图3：测试电路板特写示意图。
图3中的25美分硬币，是用来比拟电路板实际尺寸的。从TP6到TP7的迹线就是分流电阻RSHUNT，而从TP6到TP8的迹线则是铜增益电阻RG。被硬币覆盖的部分则是相同功能的拼版电路。
高侧电流检测实现
依据图4所示众所周知的“电流驱动电流检测”电路，可构建高侧检测电路。
图4：用于高侧检测的电流驱动型电流检测电路示意图。
电流驱动电路很容易适应这种线路补偿方法，其中的RCuSHUNT和RCuGAIN1都是PCB迹线。RG是一个传统的电阻，用于设置所需的总增益电平。Z1是供运算放大器使用的轨到轨齐纳稳压器。D1在负载短路时提供输入保护。输出为：
VOUT=(IINRCuSHUNT/RCuGAIN)RGAIN
专用并联电流检测
当在PCB线路上实施电流检测时，工程师很快就会发现人类发明电阻的原因。因为要实现精确的印刷电路迹线电流检测，所需的PCB空间必然比分流器所需的电路板面积大得多。
请记住，放大器偏移量最好能够限制到5～10µV之间，而良好的精度始于高于这一数量级的满刻度电压降。如果将所有因素都考虑在内，就会发现物理尺寸最小的解决方案将是专用的分流电阻方案。
图5：利用电流检测放大器的专用电流检测电路。
图5所示电路说明了利用专用分流电阻和电流检测放大器的简便性。分流电阻具有精确的电阻值和较低的温度系数。现代的零漂低偏移电流检测放大器，支持较低的分流压降，提高了效率，并且由于分流功耗较小，从而能够支持更小的分流电阻。无论是单向电路还是双向电路，其实现也都变得相对比较容易。
(参考原文：current-sensing-pcb-traces-vs-shunt-resistors）
本文为《电子工程专辑》2023年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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