高壓側(cè)電流檢測(cè)概述資料下載

??新一代汽車和工業(yè)設(shè)計(jì)在精確控制和診斷功能以及可靠性和安全功能方面面臨著越來越高的要求。實(shí)現(xiàn)這些新功能常常需要精確的電流檢測(cè)，因此近年來對(duì)精確的高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器的需求出現(xiàn)了穩(wěn)步增長。高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器用途很廣，可以用在電動(dòng)機(jī)伺服控制、螺線管定位、電池充電和放電電路以及過流監(jiān)視器和短路故障檢測(cè)器等各種應(yīng)用中。 ??高壓側(cè)電流檢測(cè)概述 ??最常見的電流測(cè)量方法是，測(cè)量一個(gè)小的“檢測(cè)”電阻（RSENSE）上的電壓，該電阻放在電流通路中。但在接地通路中放置電阻會(huì)引起一些問題，為此將檢測(cè)電阻通常放在電路的電源側(cè)。如圖1所示，高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器從直流電源電壓高端分出一個(gè)小的差分電壓。 ?? ??圖1 高壓側(cè)電流檢測(cè)配置 ??高壓側(cè)電流檢測(cè)傳統(tǒng)上是用少量分立元件（電阻、電容器、開關(guān)等）、運(yùn)算放大器、差分放大器和/或儀表放大器實(shí)現(xiàn)的。不過今天，專用高壓側(cè)電流檢測(cè)具有更快的響應(yīng)速度、更低的功耗、更高的準(zhǔn)確度且所需空間更小。因此，專用的高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器得到了廣泛使用，這催生了對(duì)密度更高的器件的需求。尤其是，雙電源監(jiān)視需要一個(gè)雙器件（在一個(gè)封裝中有兩個(gè)高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器），而且雙器件能以獨(dú)特方式滿足一些通用電流檢測(cè)應(yīng)用的需求。 ??H橋式驅(qū)動(dòng)器電路 ??用于電動(dòng)機(jī)等的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上一般是雙向的，而且常?；贖橋式拓?fù)洹橋式MOSFET陣列（見圖2）用脈沖寬度調(diào)制（PWM）改變被控制的扭矩。電流監(jiān)視可用作閉環(huán)伺服環(huán)路的組成部分和/或用于實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和保護(hù)功能。經(jīng)典的電流檢測(cè)方法是給負(fù)載串聯(lián)一個(gè)檢測(cè)電阻（見圖2a）。一種更好的方法是使用兩個(gè)檢測(cè)電阻，放在電源與每個(gè)1/2橋之間（見圖2b）。現(xiàn)在檢測(cè)電壓可以準(zhǔn)確反映H橋每一側(cè)的電流，同時(shí)避免了由電動(dòng)機(jī)負(fù)載產(chǎn)生的大電壓擺幅在電流檢測(cè)放大器中引起噪聲。此外，這樣分開配置可以檢測(cè) MOSFET故障或負(fù)載短路，用單個(gè)檢測(cè)電阻也許檢測(cè)不到這兩種情況。 ?? ??圖2 （a）采用單個(gè)檢測(cè)電阻的H橋 ?? ??（b）采用兩個(gè)檢測(cè)電阻的H橋 ??雙向工作 ??雙向電流檢測(cè)指的是監(jiān)視檢測(cè)電阻中流過的任一方向的電流。例如，在由電池供電的系統(tǒng)中，檢測(cè)電阻可以監(jiān)視從電池流向負(fù)載的放電電流，同一個(gè)檢測(cè)電阻還可能用來監(jiān)視從充電器流向電池的充電電流（見圖3）。凌力爾特公司的LT1787等雙向電流檢測(cè)放大器為雙向應(yīng)用提供了一種簡單的解決方案。這種放大器能承受高達(dá)60V的共模電壓，可以檢測(cè)正和負(fù)的檢測(cè)電壓。 ?? ??圖3 雙向高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器 ??雙向電流檢測(cè)放大器的一種替代解決方案是采用兩個(gè)單向器件，每一個(gè)放大器監(jiān)視一個(gè)方向的電流。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是提高了實(shí)際的滿標(biāo)度輸入檢測(cè)范圍。要想知道原因，想一想單個(gè)雙向放大器必須處理范圍為-VSENSE～+VSENSE的檢測(cè)電壓就明白了。既然動(dòng)態(tài)范圍、增益準(zhǔn)確度和響應(yīng)時(shí)間取決于滿標(biāo)度檢測(cè)電壓，那么用兩個(gè)獨(dú)立的放大器分別處理整個(gè)輸入信號(hào)范圍的一半就可以提高性能。 ??在每個(gè)方向上的電流范圍不同時(shí)，采用兩個(gè)放大器實(shí)現(xiàn)雙向工作也非常有用。例如，就一個(gè)迅速充電系統(tǒng)而言，充電電流也許比放電電流大得多。在這種情況下，可以為每個(gè)方向單獨(dú)設(shè)置增益和/或?qū)γ總€(gè)方向采用不同的檢測(cè)電阻。采用不同的檢測(cè)電阻（見圖4）可以避免過渡消耗功率，因?yàn)榇蟮某潆婋娏骱托〉姆烹婋娏鞑槐赝ㄟ^相同的電阻。不同的檢測(cè)電阻還允許分別調(diào)節(jié)每個(gè)方向的增益和分辨率。 ?? ??圖4 用兩個(gè)單向放大器實(shí)現(xiàn)雙向工作 ??大/小增益范圍 ??就跨大電流范圍的單向電流監(jiān)視而言，具有不同檢測(cè)電阻（兩個(gè)檢測(cè)電阻串聯(lián)）的兩個(gè)放大器可以實(shí)現(xiàn)“大”電流范圍和“小”電流范圍。這實(shí)際上將電流檢測(cè)需求分成了兩部分，每個(gè)部分由一個(gè)放大器完成，從而實(shí)現(xiàn)了寬動(dòng)態(tài)工作范圍。圖5所示電路可用來組合電流檢測(cè)輸出，在大電流范圍工作時(shí)，MOSFET可用來旁路小電流檢測(cè)電阻。由于大電流不必通過小電流檢測(cè)電阻，因此旁路小電流檢測(cè)電阻降低了功耗，并提高了可靠性。 ?? ??圖5 用兩個(gè)單向放大器實(shí)現(xiàn)大/小增益范圍 ??新型器件 ??就雙路高壓側(cè)電流檢測(cè)應(yīng)用而言，LTC6103和LTC6104非常適用（見圖6和圖7）。這兩種新器件都采用MSOP8封裝，一個(gè)封裝中都有兩個(gè)高壓側(cè)檢測(cè)放大器。 ?? ??圖6 LTC6103 ?? ??圖7 LTC6104 ??LTC6103含有兩個(gè)完全獨(dú)立的放大器，LTC6104兩個(gè)放大器的輸出通過一個(gè)電流反射鏡組合在一起。LTC6103的兩個(gè)獨(dú)立輸出端可以提供單個(gè)差分輸出，非常適用于ADC接口。LTC6104的單個(gè)雙向輸出對(duì)反饋和伺服控制應(yīng)用來說非常方便。 ??每個(gè)放大器都有1μs的階躍響應(yīng)，在檢測(cè)迅速而且也不希望電流變化時(shí)可以快速響應(yīng)。LTC6103和LTC6104的共模輸入電壓范圍高達(dá)70V，可以在很寬的系統(tǒng)電壓范圍內(nèi)工作。這種高共模電壓還提供了充足的電壓空間，可以在出現(xiàn)多種負(fù)載故障或反激情況時(shí)正常工作，負(fù)載故障和反激可能引起高的電壓尖峰。能夠在-40～125℃ 的溫度范圍內(nèi)工作還使這兩種器件非常適用于工業(yè)和汽車應(yīng)用。 ??輸入偏置電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1μA（典型值為100nA），就大多數(shù)應(yīng)用而言，這實(shí)際上消除了輸入電流成為誤差源的問題。最高輸入失調(diào)電壓為±450μV，因此這些放大器可以分辨低至450μV 的檢測(cè)電壓。有了這么卓越的精確度，用戶在選擇檢測(cè)電阻以最大限度地提高動(dòng)態(tài)范圍或最大限度地降低功耗時(shí)，就有了極高的靈活性。一旦選定了合適的檢測(cè)電阻，就可以選擇兩個(gè)增益設(shè)置電阻，以實(shí)現(xiàn)就應(yīng)用而言最恰當(dāng)?shù)脑鲆婧妥杩固匦浴? ??一個(gè)額外的好處 ??LTC6103 和 LTC6104 基本上是高共模跨阻抗放大器。作為一種電流檢測(cè)的轉(zhuǎn)換方案，經(jīng)由一個(gè)小的檢測(cè)電壓，這些放大器可以用大的差分輸入工作。這類信號(hào)監(jiān)視不是電流測(cè)量，而是電壓測(cè)量。 ?? ??圖8 電壓轉(zhuǎn)換 ??大多數(shù)高壓側(cè)電流檢測(cè)放大器的最高輸入信號(hào)電壓都是500mV或更低，與這些放大器不同，LTC6103和LTC6104的最高差分輸入電壓僅受電源電壓限制。這種特點(diǎn)對(duì)監(jiān)視浮動(dòng)電源或激光二極管信號(hào)可能有用，因?yàn)檫@類應(yīng)用需要高端電壓監(jiān)視。 (mbbeetchina)