今天分享一个低功耗低侧双向电流检测方案。
在很多电池供电的设备（比如便携仪器、IoT节点）中，我们往往需要同时监控电池的充电电流和系统的放电电流，同时还得严格控制功耗。这个电路设计得非常精巧，仅用了两颗毫微功耗运放和一个带基准的比较器，就实现了双向过流保护功能。
1. 核心架构与功能
该电路专为电池供电设备设计，用于高精度监控充电（正电流）与系统放电（负电流）。其核心由三个部分组成：
前端采样：采用低侧采样（Low-Side Sensing），通过检流电阻 RSENSE将电流信号转换为电压信号。
信号调理：使用两个毫微功耗零漂移放大器 (LPV821) 分别处理相反极性的电流信号。
决策比较：利用一个带精密基准的微功耗比较器 (TLV3012) 监测合成后的信号，判断是否发生过流。
2. 信号流向与放大原理
电路利用两个运放（U1, U2）构建了两个独立的放大通道，并通过电阻网络（R7, R8）实现信号的逻辑合成：
正电流检测通道 (U2)：
连接：运放 U2 配置为同相放大器。检流电阻 RSENSE的上端（高电位端）连接至 U2 的同相输入端 (+) 通过 R1(100kΩ)，下端接地端连接至反相输入端 (-) 通过 R3(100kΩ)。
增益：由反馈电阻 R2(2.49MΩ) 和接地电阻 R4(2.49MΩ) 决定。计算得 Gain=1+2.49M2.49M=2倍。
功能：当系统充电产生正向压降时，U2 将该微小电压放大，输出至节点 VOUT_NonInv。
负电流检测通道 (U1)：
连接：运放 U1 配置为反相放大器。检流电阻 RSENSE的上端（相对低电位端）连接至 U1 的反相输入端 (-) 通过 R5(10kΩ)，下端接地端连接至同相输入端 (+) 通过 R6(2.49MΩ)。
增益：由反馈电阻 R6(2.49MΩ) 和输入电阻 R5(10kΩ) 决定。计算得 Gain=−10k2.49M=−249倍。
功能：当系统放电产生负向压降时，U1 对该信号进行大幅放大，输出至节点 VOUT_Inv。
3. 核心机制：“或运算”逻辑
为了使单一的比较器能够同时检测两个方向的过流，电路采用了一种基于电阻的“或运算”（OR-ing）机制。根据设计说明，在任一时刻，只有一个通道处于有效放大状态，另一个通道的输出会被内部逻辑或被外部配置强制接地。
逻辑合成：电阻 R7(2.49MΩ) 和 R8(2.49MΩ) 将 U1 和 U2 的输出连接至比较器的输入端 COMP_IN。
工作状态：
充电期间：U2 正常工作输出信号，而 U1 的输出端被视为接地（逻辑0）。此时 COMP_IN的电压由 U2 的输出决定。
放电期间：U1 正常工作输出信号，而 U2 的输出端被视为接地（逻辑0）。此时 COMP_IN的电压由 U1 的输出决定。
效果：这种配置确保了比较器始终接收一个有效的电流信号，而不会被两个通道的信号冲突干扰。
4. 过流判定与参考基准
参考电压：比较器 U3 (TLV3012) 的同相端接入了一个精确的 1.242V 基准源。
比较逻辑：比较器的反相端接收来自 COMP_IN的合成电压。
当 COMP_IN > 1.242V时，比较器输出 (COMP_OUT) 翻转为高电平，指示检测到过流事件。
阈值设定：根据设计要求，放大器的增益需经过精心选择，以确保在充电或放电电流达到预设的临界值时，合成后的 COMP_IN电压恰好达到 1.242V。
5. 关键设计要点解析
电阻匹配 (R1=R3, R2=R4, R7=R8)：
这种对称性设计有助于最大限度地降低由于运放输入失调电压和电阻容差引起的共模误差，提高测量精度。
检流电阻 (RSENSE) 的选择：
权衡考量：需要在“最大电流下的电压降最小化”（减少功耗）和“最小可测电流下的信噪比最大化”（减少偏移误差影响）之间找到平衡点。
增益分配：
设计允许 U1 和 U2 的增益独立设置。在本例中，U1 的增益 (249) 远大于 U2 的增益 (2)，这表明该电路可能对负电流（放电）的检测更为灵敏，或者预设的负电流范围较小。
结语
该电路设计合理，参数匹配符合设计说明中的“增益独立设置”原则。通过 U1 和 U2 的互斥工作与 R7、R8 的线性叠加，成功实现了用一个比较器对双向电流进行过流保护的功能。
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