《電子技術(shù)應用》
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利用電流檢測放大器AD8210和差動放大器AD8274實現(xiàn)高電壓、高精度電流檢測和輸出電平轉(zhuǎn)換
摘要: 電流監(jiān)控功能在電源管理,、電磁閥控制和電機控制等許多應用中非常關(guān)鍵,。在負載的高端監(jiān)控電流,,就可以實現(xiàn)精確的電流檢測和診斷保護,防止對地(GND)短路,。
Abstract:
Key words :

電流監(jiān)控功能在電源管理,、電磁閥控制和電機控制等許多應用中非常關(guān)鍵。在負載的高端監(jiān)控電流,,就可以實現(xiàn)精確的電流檢測和診斷保護,,防止對地(GND)短路。

AD8210 等集成器件可提供高電壓接口,,并能夠在分流電阻上進行雙向電流監(jiān)控,,從而簡化高端電流監(jiān)控。它具有高共模抑制(CMR)特性和出色的溫度性能,,可在應用中實現(xiàn)最佳精度,。該器件放大經(jīng)分流電阻流至負載的電流,并提供以地為參考,、與負載電流成比例的輸出電壓,。

在采用雙電源的應用中,AD8210的輸出可以驅(qū)動 AD8274等精密,、低失真差動放大器,,如圖1所示。AD8274可提供額外增益,,并以所需的輸出共模電壓為中心實現(xiàn)AD8210輸出電平轉(zhuǎn)換,,這有利于與使用雙電源的其它電路元件實現(xiàn)接口。精密基準電壓源 AD780 提供2.5 V基準電壓,,使AD8210能夠執(zhí)行雙向電流監(jiān)控,,同時為AD8274的電平轉(zhuǎn)換功能提供基準電壓。

圖1
圖1. 利用AD8210,、AD8274和AD780實現(xiàn)電流檢測并以GND為中心進行電平轉(zhuǎn)換(原理示意圖:未顯示去耦和所有連接)
放大
 

電路描述

流至負載的電流流經(jīng)電阻RSHUNT,。該電阻上的電壓由AD8210以20 V/V的增益放大,。AD8210可以承受−2 V至+65 V范圍內(nèi)的輸入共模電壓。它還具有高共模抑制(CMR)特性,,即使存在PWM共模信號也能監(jiān)控電流,,例如監(jiān)控H-橋配置中受驅(qū)動電機的相位電流。圖2顯示監(jiān)控PWM電機電流時的典型波形,,圖3顯示電路過載特征,。

圖2
圖2. AD8210輸出電壓與負載電流成比例,AD8274對AD8210進行輸出電平轉(zhuǎn)換
放大
 
圖3
圖3. 過載條件下AD8210和AD8274的輸出電壓
放大
 

AD8210輸出與分流電阻上的電流成比例,,其傳遞函數(shù)如下:

Equation 1

AD8210輸出偏置2.5 V,,將兩個 VREF 引腳與2.5 V精密基準電壓源AD780相連即可實現(xiàn)。這樣,,AD8210便能夠雙向監(jiān)控流經(jīng)分流電阻的電流,。當電流從正輸入端流至負輸入端時,輸出變?yōu)?.5 V以上的正電壓,。當電流反向流動時,輸出變?yōu)?.5 V以下的負電壓,。AD780輸出端也與AD8274負輸入端相連,,確保AD8274輸入具有與AD8210相同的共模電壓。AD8274的正輸入端直接與AD8210輸出端相連,。AD8274采用±15 V電源供電,,并且配置為同相2倍增益模式。它計算其兩個輸入之間的差值,,并采用2倍增益,。

Equation 2

由于兩路輸入均以2.5 V為中心,因此AD8274僅放大差值,,由此可獲得該系統(tǒng)的輸入至輸出傳遞函數(shù):

Equation 3

將引腳3與GND相連,,AD8274的輸出共模電壓可設(shè)置為0 V。因此,,輸出電壓的正負取決于分流電阻上負載電流的方向,。

本電路提供了一種簡單、精確的電流監(jiān)控解決方案,。AD8210可消除高共模電壓,,僅放大分流電阻上的小電壓,從而提供以所施加的2.5 V基準電壓為中心的輸出電壓,。利用AD8274則能輕松地與電路中采用雙電源供電的其它器件實現(xiàn)接口,。它可消除AD8210的2.5 V共模偏移,并相對于GND轉(zhuǎn)換AD8210的輸出電平,。

1 μF電容用來對AD780輸入與輸出引腳之間的基準電壓源去耦,。應將一個0.1 μF低電感陶瓷去耦電容(圖中未顯示)與VS相連,,并使其非常靠近這兩個IC,。典型的去耦網(wǎng)絡(luò)由一個1 μF至10 μF電解電容和一個0.1 μF低電感陶瓷MLCC型電容并聯(lián)構(gòu)成,。

為了使本文所討論的電路達到理想的性能,必須采用出色的布局,、接地和去耦技術(shù)(請參考教程MT-031 和 教程MT-101),。至少應采用四層PCB:一層為接地層,一層為電源層,,另兩層為信號層,。

常見變化

AD8274具有較寬的電源電壓范圍,可以采用±5 V等較低電壓雙電源供電,。上述電路應用選擇增益2來提供最寬的動態(tài)范圍,,但根據(jù)用戶的需求不同,也可以將AD8274配置為增益為½的差動放大器,。諸如AD8271和AD8276等其它差動放大器可以提供單位增益的精密電平轉(zhuǎn)換,。

基于AD8210的5 V電源建立電阻分壓器后,也可以獲得2.5 V基準電壓,。由于必須采用低阻抗源才能保持數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的增益和失調(diào)額定值,,因此必須用緩沖器來驅(qū)動AD8210和AD8274的基準電壓引腳。

AD780是一款超高精度基準電壓源,,在全部溫度,、負載和線路條件下均具有出色的輸出穩(wěn)定性。在誤差預算稍高的應用中,,也可以使用 ADR421 或 ADR03等成本較低的基準電壓源,。

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