淺談如何在高壓上橋臂電流檢測(cè)中發(fā)揮低壓高精度運(yùn)放的性能

前言
　　上橋臂電流檢測(cè)通常采用支持?jǐn)U展共模電壓的專(zhuān)用器件，但是專(zhuān)用器件也有自身的限制，例如，當(dāng)共模電壓高于100V時(shí)，專(zhuān)用運(yùn)放還能精確地測(cè)量電流嗎？傳統(tǒng)5V運(yùn)放似乎完全不適用這種測(cè)量。但是，在增加幾個(gè)外部器件后，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，低壓運(yùn)放完全可以精確地測(cè)量上橋臂電流，而且沒(méi)有任何共模電壓限制。
　　電路示意圖及原理簡(jiǎn)介
　　本文所討論的應(yīng)用設(shè)計(jì)是測(cè)量150V工業(yè)電機(jī)控制器的電流。如圖1所示，為能夠精確地測(cè)量很小的電流值，我們使用了一個(gè)分流器配合一個(gè)高精度5V運(yùn)放。
　　
　　圖1：典型應(yīng)用
　　難道150V輸入電壓不會(huì)燒毀運(yùn)放嗎？如果V1電壓是用于給第一級(jí)運(yùn)放OP_A提供正電壓（Vcc_H），就不會(huì)發(fā)生這種情況。
　　如果連接一個(gè)擊穿電壓為4.7V的齊納二極管，則會(huì)為第一級(jí)運(yùn)放OP_A生成負(fù)電壓 （Vcc_L）。這樣，OP_A的電源電壓是4.7V，是Vcc_L=145.3V與 Vcc_H=150V的差值。
　　電阻Rz為齊納二極管提供偏置電流（~5mA），并為運(yùn)放的偏置電流提供回路（~40μA）。
　　Vsense是電流經(jīng)過(guò)電阻Rsense時(shí)產(chǎn)生的電壓，被電阻R1、R2、R3和R4放大。
　　P-MOSFET（BSP2220）輸出高精度電流，與流經(jīng)Rsense的電流成正比；該電流經(jīng)過(guò)R4電阻時(shí)生成對(duì)地電壓Vo，與上橋臂電流成正比。第一級(jí)的輸出電壓可由下面的方程式1得出：
　　Vo=VsenseR1R4R3.（R1+R2+R3） （1）
　　第二級(jí)運(yùn)放OP_B用于抑制Vo電壓。在加裝電阻R5后，當(dāng)啟動(dòng)階段有大電流經(jīng)過(guò)輸入引腳時(shí)，可以保護(hù)OP_B的內(nèi)部ESD二極管。
　　電機(jī)控制電路消耗的最大電流是100A。因此，使用一個(gè)100μΩ分流器時(shí)，Vsense最大值為10mV。最大輸出電壓取決于Vsense電壓和R4上的最終輸出電流。因?yàn)橛?a target='_blank' class='arckwlink_none'>微控制器的ADC來(lái)處理，所以最大輸出電壓Vo必須高于3.3V。
　　為確保系統(tǒng)正常工作，必須仔細(xì)選擇這些器件參數(shù)。為了使OP_A輸出不飽和，在選擇參數(shù)時(shí)必須保證|Vgs|電壓值很小。
　　因?yàn)镮ds保持低電流有助于實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，所以我們選擇一個(gè)高電阻的R4。
　　為避免運(yùn)放輸出飽和，第一級(jí)運(yùn)放OP_A的增益由R2/R1比確定，不應(yīng)該過(guò)高。