硬核实测教你如何优雅地测量800 A超大电流
许多应用都需要 测量电流 。很多数字万用表可以高精度地测量最高10 A的电流。然而，如果需要测量更大的电流，则必须使用其他方法。在负载回路中串联一个电流检测电阻并测量其两端的电压降，可以轻松实现电流检测，但这种方法并非没有代价。检测电阻两端的电压应足够小，以便为负载提供最大电压，并使检测电阻的热耗散最小化；同时阻值又必须足够大，以便能够以高精度测量检测电阻两端的电压。还有一个问题：使用 示波器 等设备测量电压时，如果接地线不是以地为基准，那么测量结果可能不准确。本文描述的电路有助于以高精度测量检测电阻两端的较低电压，并产生一个放大的、以地为基准的输出电压。
图1所示电路采用 LTC6102 和Isabellenhütte的50 µΩ分流器。负载中的电流在检测电阻R1上产生一个电压。该器件有一个反馈回路，它让电流流入-INF引脚，从而使+IN和-INS保持相同电压。因此，R1上的电压与R2上的电压相同。所以，流经R2的电流低于 负载电流 ，降低的幅度取决于R2与R1之比。此电流流经OUT引脚，并在R3上产生一个电压，该电压可以进行测量。
图1. 电流检测电路 输出电压可由公式1表示：
经过变换可得公式2：
*小知识：Isabellenhütte是世界上现存历史最悠久的电子公司。
为了避免使用大电流评估电路的性能，可以将50 µΩ分流电阻替换为1 Ω精密电阻。这样一来，电路依旧能够产生相同的输出电压，但负载电阻提升了20,000倍。此外，由于使用大值负载电阻，测试引线的阻抗就不会影响电阻读数。负载电阻两端的电压和负载的阻值均可利用标准万用表测量，由此可以高精度地计算 负载电流 。
因此，1 Ω分流电阻两端的电压可以在不同的 负载电流 下进行计算，然后可以使用 示波器 或电压表测量该器件的输出电压。图2中的表格显示了使用1 Ω、1%电阻作为分流电阻，在不同负载下测得的结果。A、B和D列的读数是利用校准的万用表测得的。C列计算方法为：将负载两端的电压（A列）除以测得的负载电阻（B列），然后乘以检测电阻。E列计算方法为：将分流电压除以150 (R2)，再乘以4990 (R3)。F列计算方法为：从测得的输出电压（D列）中减去计算得到的输出电压（E列），然后除以计算得到的输出电压。
图2. 输出电压和误差与分流电压的关系 图3显示了输出电压与分流电压的关系。右侧轴显示了计算的输出电压与测量的输出电压之间的百分比误差。
图3. 输出电压和误差与分流电压的关系 输入失调电压会给检测电阻两端测得的电压带来误差，因此检测电阻两端的电压必须显著高于失调电压。举例来说，如果检测电阻两端的电压为100 mV，电流检测放大器的输入失调电压为1 mV，那么后者将给读数带来1%的误差。分流电阻两端的电压越高，测量结果越准确，但随之而来的问题是，分流电阻的热损耗也会增加，导致负载上的电压下降。高失调电压也会限制能够准确测量的负载电流的动态范围。随着负载电流的减少，分流电阻两端的电压会变小，输入失调电压会导致误差成比例地增加。
该器件的输入失调电压为10 µV，对测量误差的影响非常小，因此它能确保对宽动态负载电流进行准确测量。如图2和图3所示，当检测电压低于55 µV时，失调电压开始引入显著的误差。
图2显示，985 Ω的负载电阻产生了12.2234 mV的分流电压。与分流电压相比，输入失调电压微不足道，不会对读数误差产生影响。系统现在可以进行校准。R3可调整，使测量电压等于计算的输出电压406.63 mV，从而消除电阻R1、R2和R3造成的误差。
图2显示，大电流下的误差为-0.65%，而低电流下的误差为+3.94%。通过调整R3校准系统后，低电流下的误差为+4.59%，因此现在测得的输出电压应为1.935 mV。通过计算输出电压与新的测量输出电压之间的差值，可以计算输入失调电压，如公式3所示。