高電壓高精度電流檢測(cè)和輸出電平轉(zhuǎn)換電路圖 - 全文

　　電路功能與優(yōu)勢(shì)

　　電流監(jiān)控功能在電源管理、電磁閥控制和電機(jī)控制等許多應(yīng)用中非常關(guān)鍵。在負(fù)載的高端監(jiān)控電流，就可以實(shí)現(xiàn)精確的電流檢測(cè)和診斷保護(hù)，防止對(duì)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(jìn)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(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最佳精度。該器件放大經(jīng)分流電阻流至負(fù)載的電流，并提供以地為參考、與負(fù)載電流成比例的輸出電壓。

　　在采用雙電源的應(yīng)用中，AD8210的輸出可以驅(qū)動(dòng) AD8274等精密、低失真差動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)接口。精密基準(zhǔn)電壓源 AD780 提供2.5 V基準(zhǔn)電壓，使AD8210能夠執(zhí)行雙向電流監(jiān)控，同時(shí)為AD8274的電平轉(zhuǎn)換功能提供基準(zhǔn)電壓。

　　圖1. 利用AD8210、AD8274和AD780實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)并以GND為中心進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換

　　電路描述

　　流至負(fù)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(hào)也能監(jiān)控電流，例如監(jiān)控H-橋配置中受驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相位電流。圖2顯示監(jiān)控PWM電機(jī)電流時(shí)的典型波形，圖3顯示電路過載特征。

　　圖2. AD8210輸出電壓與負(fù)載電流成比例，AD8274對(duì)AD8210進(jìn)行輸出電平轉(zhuǎn)換

　　圖3. 過載條件下AD8210和AD8274的輸出電壓

　　AD8210輸出與分流電阻上的電流成比例，其傳遞函數(shù)如下：

　　AD8210輸出偏置2.5 V，將兩個(gè) VREF 引腳與2.5 V精密基準(zhǔn)電壓源AD780相連即可實(shí)現(xiàn)。這樣，AD8210便能夠雙向監(jiān)控流經(jīng)分流電阻的電流。當(dāng)電流從正輸入端流至負(fù)輸入端時(shí)，輸出變?yōu)?.5 V以上的正電壓。當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)，輸出變?yōu)?.5 V以下的負(fù)電壓。AD780輸出端也與AD8274負(fù)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(jì)算其兩個(gè)輸入之間的差值，并采用2倍增益。

　　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)：

　　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(fù)取決于分流電阻上負(fù)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(zhǔn)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(shí)現(xiàn)接口。它可消除AD8210的2.5 V共模偏移，并相對(duì)于GND轉(zhuǎn)換AD8210的輸出電平。

　　1 μF電容用來對(duì)AD780輸入與輸出引腳之間的基準(zhǔn)電壓源去耦。應(yīng)將一個(gè)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?？拷@兩個(gè)IC。典型的去耦網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)1 μF至10 μF電解電容和一個(gè)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(dá)到理想的性能，必須采用出色的布局、接地和去耦技術(shù)（請(qǐng)參考教程MT-031 和 教程MT-101）。至少應(yīng)采用四層PCB：一層為接地層，一層為電源層，另兩層為信號(hào)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(yīng)用選擇增益2來提供最寬的動(dòng)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?的差動(dòng)放大器。諸如AD8271和AD8276等其它差動(dòng)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(zhǔn)電壓。由于必須采用低阻抗源才能保持?jǐn)?shù)據(jù)手冊(cè)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(dòng)AD8210和AD8274的基準(zhǔn)電壓引腳。

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