高邊電流檢測(cè)放大器工作在高電壓

該電路修改標(biāo)準(zhǔn)32V高端電流監(jiān)視器，以測(cè)量負(fù)載電流（至30mA），同時(shí)適應(yīng)任何級(jí)別的高電壓，但受外部元件的限制。（所示組件允許測(cè)量至4A。

介紹

測(cè)量執(zhí)行器或電機(jī)中電流的最簡(jiǎn)單技術(shù)是通過(guò)檢測(cè)負(fù)載和接地之間添加的小電阻元件上的壓降來(lái)監(jiān)控其接地電流。由于該器件及其相關(guān)電子器件共享相同的接地電位，因此您只需放大接地電流信號(hào)。

然而，這種方法無(wú)法檢測(cè)到器件接地短路，這可能會(huì)使高端驅(qū)動(dòng)電路過(guò)載。為了減輕這種潛在的故障情況，高端電流監(jiān)測(cè)器將檢測(cè)電流監(jiān)測(cè)器下游的短路和類似故障。

高端電流監(jiān)控具有優(yōu)勢(shì)，但由于缺乏能夠處理工業(yè)中使用的高電壓電平（從 24V 到許多 100 伏）的設(shè)備，其使用受到限制?，F(xiàn)成的器件可以工作在32V和76VDC，但即使是76VDC也不足以滿足許多應(yīng)用的需求。圖1顯示了使標(biāo)準(zhǔn)32V器件適應(yīng)任何電壓電平的簡(jiǎn)單方法，但受外部元件的限制。（顯示的組件支持 130V。負(fù)載電流大于30mA時(shí)，精度優(yōu)于1%。

圖1.所示組件使36V高端電流監(jiān)控IC（U1）能夠在高達(dá)130V的共模電壓下工作。 （對(duì)于更高的電壓，請(qǐng)按照文中的建議重新調(diào)整R1的大小。

選擇U1作為其電流輸出級(jí)，它允許輕松實(shí)現(xiàn)將輸出信號(hào)電平轉(zhuǎn)換到地所需的電流鏡。然后，使用A/D轉(zhuǎn)換器或比較器輕松監(jiān)控以地為參考的信號(hào)。

在該應(yīng)用中，施加到負(fù)載的電流在存在130VDC共模電平的情況下進(jìn)行監(jiān)控。首先，確保 Rs+、Rs- 和 V+ 引腳沒有違反 U1 的絕對(duì)最大額定值（相對(duì)于 GND 引腳的 36VDC）。為此，24V 齊納二極管 Z1 將 V+、Rs+ 和 GND 引腳之間的電壓限制為 24V。因此，這些引腳之間的典型電壓為24V減去Q1的Vbe或23.3V。

該電路的電流約為700μA。 注意：制造商建議的偏置電流為500μA，但齊納二極管的di/dt斜率在300μA以下變?yōu)樨?fù)值，這會(huì)帶來(lái)噪聲甚至振蕩（圖2）。最小額定偏置（300μA至500μA）設(shè)置R1的最大值，R1和D1組合的最大允許功耗設(shè)置R1的最小值。因此，對(duì)于100V至250V之間的電源軌，合理的R1值介于150kΩ至225kΩ之間（本例中為150kΩ）。

源阻抗）變?yōu)樨?fù)值，產(chǎn)生額外的噪聲和振蕩的可能性。

圖2.Vzener 與 Izener 的曲線圖（圖 1 中的齊納二極管）表示對(duì)應(yīng)于高端電壓和 R1 的各種組合的 Izener 值。對(duì)于低于~400mA的偏置電流，請(qǐng)注意，該曲線的斜率（表示齊納二極管的動(dòng)態(tài)源阻抗）變?yōu)樨?fù)，從而產(chǎn)生額外的噪聲和振蕩的可能性。

Q1和R1形成并聯(lián)穩(wěn)壓器。Q1 被選為其最大 VCE額定值 （-300V）、高增益 （1.0mA 時(shí)為 100V/V） 和功率處理能力 （500mW）。輸出電流與 Rs+ 和 Rs- 之間的電壓差 （Vsense） 成正比：Iout = Gm x Vsense，其中 Vsense = Rsense x Iload。U1的Gm為10mA/V。如果最大監(jiān)控負(fù)載電流 （Iload） 為 4A，且 Rsense = 10mΩ，則最大 Iout 為 10mA/V x 10mΩ x 4A = 400uA。

因此，Iout與Iload成正比，最大預(yù)期輸出為400uA。對(duì)于寬動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用，其中Vsense可以接近內(nèi)部差分對(duì)（700mV）的絕對(duì)最大額定值，則應(yīng)通過(guò)在Rsense和Rs+之間以及Rsense和Rs-之間增加串聯(lián)電阻來(lái)保護(hù)檢測(cè)引腳。當(dāng)Rs+至Rs-之差為700mV時(shí)，應(yīng)選擇電阻值以將輸入電流限制為<10mA。

Iout現(xiàn)在與Iload成正比，但為了便于監(jiān)控，必須通過(guò)由Q2和R2組成的電流鏡將其水平移至地。Q2的高增益迫使集電極電流接近發(fā)射極電流，施加于R2時(shí)產(chǎn)生可在Vout處測(cè)量的電壓。與Q1一樣，Q2需要最大Vce額定值為-240V（所示器件額定值為-300V）。

Vout現(xiàn)在等于Iout x R2（由于Q2基極電流流出，Q2集電極的實(shí)際輸出電流略低。Iload = 4A 時(shí)，Vout = 400uA x 10.0KΩ = 4.0V。通過(guò)適當(dāng)選擇Q1、Q2和基極電阻R1，可以適應(yīng)工作電壓更低或更高的設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷