電流檢測放大器兼作高共模儀表放大器

介紹

儀表放大器(IA)用于增益精度和直流精度很重要的地方，例如測量和測試設(shè)備。IA的缺點是成本。然而，廉價的電流檢測放大器可以處理高共模電壓，并與IA具有一些共同特性。因此，在某些應(yīng)用中，例如以地為參考的-48V至+5V電源轉(zhuǎn)換器，電流檢測放大器可以取代IA，從而降低成本。

電流檢測放大器與儀表放大器

電流檢測放大器檢測由連接在其差分輸入端的精密“檢測電阻”產(chǎn)生的電壓。電阻的電壓電平高于系統(tǒng)中其他電源的電壓電平。輸出是差分輸入電壓的放大精密單端副本，參考系統(tǒng)等電位(地)。

.對于給定的電流值，電流檢測放大器的精密增益降低了檢測電阻對電流測量線路施加的電壓負(fù)擔(dān)，因為測量所需的輸出電壓所需的檢測電阻壓降較小。因此，電流檢測放大器符合電壓儀表放大器(IA)的基本描述：它是一種精密增益差分放大器。

電流檢測放大器和IA之間的主要區(qū)別在于，IA通常在由輸入電壓軸和正交共模電壓軸(±輸入電壓，±CMV)定義的四個象限中工作。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)電流檢測放大器僅在一個象限(通常為+輸入電壓，+CMV)中工作，有些在兩個象限(±輸入電壓，+CMV)中工作。對于電流檢測放大器，輸入電壓的符號由測量電流的極性決定。此外，電流檢測放大器的CMV范圍更寬。

在功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中

電流檢測并不是唯一受益于精確放大信號并以大電壓差分隔的水平傳輸信號的應(yīng)用。圖1(以地為參考的-48V至+5V電源轉(zhuǎn)換器)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用顯示了當(dāng)今電流檢測放大器的能力。

圖1.這種簡單的電源轉(zhuǎn)換器從-48V獲得+5V(或+3.3V)。

(在概念上)設(shè)計輸入源和輸出電壓極性相反的開關(guān)轉(zhuǎn)換器很容易。然而，當(dāng)您了解工程細(xì)節(jié)時，電路拓?fù)涞倪x擇更加困難。對于使用標(biāo)準(zhǔn)正能量源工作的轉(zhuǎn)換器，輸出電壓和穩(wěn)壓器反饋電壓的參考電平是相同的：能量源的負(fù)極。在這種情況下，電平為-48V，由轉(zhuǎn)換器的正源拓?fù)涠x。

該-48V基準(zhǔn)與應(yīng)用意圖相矛盾，該應(yīng)用假設(shè)低壓正輸出必須相對于公共(接地)點進(jìn)行調(diào)節(jié)。隔離式拓?fù)?反激式、正激式)采用不同的輸入電壓和穩(wěn)壓輸出參考點工作，是此類應(yīng)用的首選，盡管它們的成本更高，電路更復(fù)雜。

對于圖1所示的更簡單解決方案，標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)轉(zhuǎn)換器工作在非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。傳統(tǒng)的變壓器/光耦合器設(shè)計將輸出檢測電平隔離、分離并移位至轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)點，為此采用電流檢測放大器(MAX4080F)。本例中的轉(zhuǎn)換器IC為MAX668，但該電路可采用其他升壓轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。

MAX668升壓轉(zhuǎn)換器在FB端具有1.25V的調(diào)節(jié)設(shè)定點，MAX4080F的差分輸入端電壓與OUT和GND端之間的電壓之間的增益為5。在轉(zhuǎn)換器的FB端子產(chǎn)生1.25V所需的差分輸入電壓為0.250V。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)時，連接在+5V輸出和系統(tǒng)地(共模)之間的分壓器在MAX4080F差分輸入端產(chǎn)生0.250V電壓。

圖2顯示了+5V和+3.3V版本在1A恒定負(fù)載下的電路調(diào)節(jié)，圖3顯示了兩種版本的效率與負(fù)載電流的關(guān)系。MAX4080F輸入端與GND端子之間的最大允許電壓差為75V，CMRR(共模抑制比)為120dB。

圖2.V外與V在圖1所示電路。圖表顯示，對于+5V和+3.3V版本，在1A恒定負(fù)載下的電路調(diào)節(jié)率在較高輸入電壓下有所改善。

圖3.圖1所示電路的效率與負(fù)載電流的關(guān)系。

為什么-48V 系統(tǒng)的低電壓很重要

為了保護(hù)電話線免受電解腐蝕，第一批電話系統(tǒng)交換機(jī)采用“中央電池”電源，其極性相對于接地(接地)為負(fù)。而且，為了確保這些系統(tǒng)中使用的繼電器具有良好的低噪聲觸點，電源電壓(-48V)高于大多數(shù)其他電池供電系統(tǒng)。

然而，自六十年代初以來，電子系統(tǒng)已經(jīng)朝著另一個方向發(fā)展。在NPN雙極晶體管作為主導(dǎo)有源器件的主導(dǎo)地位的推動下，當(dāng)今模擬和數(shù)字系統(tǒng)的幾乎所有電源都會產(chǎn)生相對于參考等電位(地)的正電壓。

由于今天的大部分電信電源都是分布式的，并且使用起來與早期一樣，因此主電源仍然是-48V，并帶有大量備用電池。另一方面，電信系統(tǒng)現(xiàn)在完全是電子化的，需要低壓正電源線路。因此，從-48V系統(tǒng)產(chǎn)生低壓正電源是一個常見的要求。

結(jié)論

正如我們所看到的，電流檢測放大器和儀表放大器具有一些共同的核心特性，可以允許使用更便宜的電流檢測放大器來代替昂貴的儀表放大器。我們描述了一個替代示例電路，由電流檢測放大器(MAX4080F)和升壓轉(zhuǎn)換器IC(MAX668)組成。精確放大信號并以大電壓差分隔的水平傳輸信號不僅有利于電流檢測，而且對于電信系統(tǒng)中使用的以地為參考的-48V至+5V電源轉(zhuǎn)換器也有好處。

審核編輯：湯梓紅