大部分的电路断路器都是以电流感测形式为主，例如保险丝就是利用当电流超过一定限制时中断电路来进行保护的动作，虽然这类的电流感测电路断路器能够对固定直流或RMS电源电压正常运作，但是对笔记本电脑所使用电池等这类电源电压会变动的应用，功率感测还是较为安全的方式。

笔记本电脑中主要电源的电压大都会在交流电源变压器移除后下降，主要原因是电池电压通常会比交流电源变压器所提供的电压还低，同时锂离子电池的电压也可以在电池充满时的4.1V到放电接近尽头的3V电压间大幅变化，因此对笔记本电脑来说，功率感测式电路断路器是较为适当的做法，因为在这些应用中功率会受到一定的限制，同时电源电压也不是一个固定值。

运作原理

负载上的功率消耗在定义上是负载电压乘上负载电流，因此功率监测应用集成电路产品就必须包含一个具备电压输出的电流感测电路以及一个模拟乘法器，请见(图一)(a)，高电压端电流传感器提供了一个正比于负载电流的输出电压，可以乘上负载电压来取得正比于负载功率消耗的输出电压。

《图一 基本的功率传感器》

＜图注：(a)包含一个可以量测电流并产生比例电压输出的电流传感器，可以与负载电压相乘取得一个正比于负载功率的电压输出；(b)整合电流感测与模拟乘法器功能的功率传感器。＞

硅芯片高电压端电流感测放大器

由(表一)中可以看出，在实现电流感测电路断路器线路时有几种方法，保险丝、自复式保险丝（resettable fuse）与双金属温控片（bi-metallic strip）等为电热式感应，原则上大都是在负载上串联一个已知阻抗的物质，会在电流通过时发热，而当电流到达一个危险程度时，电路就会因为物质溶化，如保险丝；或阻抗大幅上升，如可复式保险丝；或造成物质受热弯曲形成断开开关，如双金属温控片而断开，电磁式电路断路器的运作原理除了整个机构的动作是由电磁方式而非温度所控制外，基本上和双金属温控片断路器类似。

可复式保险丝（PTC）

以上所提到的四种电流开关式电路断路器并无法提供精确的电流感测功能，同时其触发点精确度也相当粗糙，另一方面，电流传感器则能够提供较为精准的电流感测与测量结果，同时在形成电路断路器时也较为简单。电流变压线圈也是电流传感器的一种，但通常较为笨重而且复杂，只适合应用在交流信号上，运作形式通常是采用一个一次端与电源串联，并以二次端提供正比于电流电压输出的变压线圈。霍尔效应（Hall Effect）与巨磁阻式（Giant Magnetoresistance；GMR）传感器实际上是磁场感测组件，由于任何承载电流的联机或电路板上的绕线都会产生一个磁场，因此磁场感测组件就可以用来进行电流的测量，另一方面，由于这些组件并没有与承载电流的导体有任何的接触，因此也提供了隔离的功能。

这些传感器的输出电压不仅受到流经电流大小的控制，同时也会受到电流流经路径与传感器间实际的相对位置所影响，要取得更佳的精确度，霍尔效应组件与GMR感测组件通常都需要经过调整，而这也相对增加了复杂度与成本，同时这些感测组件也相当容易受到邻近电路磁场的干扰。

《图二 高电压端电流监测组件内部的电流镜》

高电压端电流监测组件内部的电流镜

要让电流镜电路动作，MOSFET晶体管必须要在饱和区内运作，通常汲源极间的电压会大于1V，与其他压降通常低于0.1V的技术比较，1V的压降可以说相当地大，因此主电流必须限制在10mA以下，就如量测发光二极管的电流一样，电流镜技术虽然在低电流应用上相当有用，但对诸如电池等高电流、低电压的应用来说，在电源效率上却没有那么理想。

《图三 高电压端电流感测放大器会输出一个正比于负载电流的电压》

高电压端电流感测放大器会输出一个正比于负载电流的电压

这个高电压端电流感测放大器在电池（电源端）与负载间放入一个电源感测电阻，这样的安排可以避免在接地面造成太多阻抗，简化电路板的布局设计，通常还能改善整体电路的效能。通过电流感测电阻(RS)的电流会在电阻上造成压降，透过运算放大器，这个电压可以推动MOSFET晶体管经由电阻R吸入电流，因此电阻R上的压降就等于感测电阻上的压降：

公式:KISRS=IOR

IO=KIS（RS/R）且

VO= KIS（RS/R）RO

传感器的输出电流正比于负载电流，通常会加入一个电流镜来将输出电流提升K倍，如果需要电压式的输出，那么可以在电流输出与接地间加入一个输出电阻(RO)来将电流转变为电压，电阻R与RO可以透过出厂前调整来达到1％甚至更佳的电流感测精确度。

功率监测电路

在利用精确且低成本的电流传感器进行电流测量安排后，就可以透过将电流乘上电压来达成功率的测量，图一(b)是一个包含内建电流传感器与模拟乘法器的低成本全硅化功率感测组件，乘法器会在第一个象限中运作，也就是输入与输出电压都为正值，同时只需单一电源，和电流传感器一样，芯片中的模拟乘法器也可以在出厂前调整以达到良好的精确度。举例来说，某针对笔记本电脑内电池监测应用所设计的功率监测芯片产品，

其功率传感器的共模电压范围（4V～28V）适用于各种不同的电池电压，要进行电流的测量，在电源（也就是电池）与负载间加入一个感测电阻，接着电流感测放大器会将正比于负载电流的电压送到模拟乘法器的其中一个输入上，乘法器的另一个输入则与负载的电压分压电路连接（由于乘法器的最高输入电压限制为1V，因此负载电压必须先透过分压电路降低），将这两个电压相乘就会产生一个正比于负载功率的输出电压。

《图四 高电压端功率与电流感测组件的功率测量误差会在感测电压较低时上升，》

主要原因是受到电流感测放大器输入偏移的影响

电子式功率感测电路断路器

对电源电压会有变动或功率受限的系统来说，能够感测整体功率错误情况的电路断路器通常会比只感测电流错误的电路提供更好的保护，这类的系统应用包括笔记本电脑、智能型电池组与高可靠度电源供应电路等。

功率感测电路断路器对保护电池避免受到短路与功率过高破坏，或在断路器侦测到功率过高错误时遮蔽电流的应用相当有效，如(图五)所示，当侦测到错误情况时，MOSFET M1会断开直到手动重置按钮按下或者是CIN2-输入端上出现逻辑高电位信号，当然也可以透过切断并重新开启输入电源让LE接脚变成低电位并解开比较器输出OUT1来进行电路断路器的重置动作，其中连接到比较器的RC线路R3-R4-C1可以用来避免电压变换时的错误动作。

《图五 固态功率感测电路断路器会在功率过高时关闭连接到负载的电流》

＜图注:按下手动重置按钮或在CIN2-接脚上加上逻辑高电位信号可以进行电路断路器的重置动作，比较器的INHIBIT输入则可以在电压发生变动时暂时停止动作避免错误的功率过高警示情况发生。＞

总结

＜图注:按下手动重置按钮或在CIN2-接脚上加上逻辑高电位信号可以进行电路断路器的重置动作，比较器的INHIBIT输入则可以在电压发生变动时暂时停止动作避免错误的功率过高警示情况发生。＞

作为UMTS-FDD的一种演进技术，HSDPA提供了行动通讯系统实现多媒体服务所需的高数据传输速率，将提高系统的频谱效率和资源利用率，有效提升网络性能和容量。HSDPA在3G产业链上的价值，促使全球主要的通信设备商皆加速支持HSDPA技术的WCDMA基础设备的研发和生产。一场以HSDPA为主题的3G加速运动正在随着3G产业的发展在全球蔓延。（作者任职于R&S罗德史瓦兹）

对终端电压会因电池放电而变化的电池应用来说，功率监测要比电流监测更加适合而且安全，新一代的芯片产品大都已经整合了构成低成本、高效能全硅化芯片功率传感器的大部分功能，这些芯片产品在出厂前都经过调整以达到优于1％的精确度，将它们的内部比较器以及参考电压与外部MOSFET开关搭配就可以组成一个直到目前都不容易达成的简单功率感测式电路断路器。（作者任职于Maxim Integrated Product）

[1]MAX4210/1数据规格书，美商美信。

[2]MAX4211EVKIT数据规格书，美商美信。

[3]MAX4172数据规格书，美商美信。