宽动态范围的高端电流检测：三种解决方案

 简介

　　在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中，电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。从安全至关重要的汽车和工业应用，到电源和效率至关重要的手持式设备，都能发现它的身影。利用精密电流监控，设计人员可以获得关键的瞬时信息，例如电机扭矩（根据电机电流）、DC/DC转换器效率、基站LDMOS（横向扩散MOS）功率晶体管的偏置电流，或者短接至地等诊断信息。

　　为了理解系统设计人员在为电路板选择最精确、最具成本效益的电流传感器时所面对的重要权衡、选择和挑战，我们将仔细讨论蜂窝基站功率放大器的LDMOS偏置电流监控及其它相关应用中的电流检测。

　　电流监控在基站功率放大器中是必不可少的，特别是在调制方法更为复杂的3G和LTE中，其峰均功率比从3GW-CDMA的3.5dB（约2.2比1）到LTEOFDM的8.5dB（约7.1比1）不等，而大多数常用2G单载波GSM的峰均功率比为3dB（约2比1）。控制环路功能之一是监控LDMOS偏置电流，以便能够针对给定的功率输出对LDMOS的偏置进行正确调制。通常情况下，此直流偏置电流具有宽动态范围，具体视工作条件、最大值或非峰值操作而定。对设计人员而言，这意味着需要一个精密电流传感器来监控50mA（或者低至15mA）1至20A范围内的电流，而LDMOS的漏极则偏置到28V至60V范围内的一个高压。如果利用分流电阻来监控此电流，则设计人员只能使用非常小的分流电阻，否则当LDMOS电流为20A时，其功耗将非常大。例如，在最大电流时，即使10mΩ分流电阻也会消耗4W功率。

　　虽然存在能够承受这一功率的分流电阻，但电路板可能要求较低功耗。然而，如果选择如此低的电阻值，则在低电流（如50mA）时，10mΩ分流电阻上的电压将极其微小(500μV)，难以利用一个同时还必须承受高共模电压的电路进行精密监控。

　　本文将重点讨论能够在高共模电压下精确监控宽范围直流电流的电流检测解决方案。同时还会特别关注温度性能这一重要参数，它常常难以校准，但在功率放大器室外应用中必须谨慎对待。本文将按照设计复杂度从高到低的顺序介绍三种可选解决方案，它们能针对各种不同的应用提供可行的高精度、高分辨率电流检测。