高壓放大器將庫(kù)侖計(jì)數(shù)器范圍擴(kuò)展至±270V

庫(kù)侖計(jì)數(shù)器可以測(cè)量流入或流出電池的電荷。LTC2941 或 LTC2943 等小型專用器件可直接與高達(dá) 20V 的低至中等電池電壓接口。您可以通過(guò)使用高壓放大器作為電平轉(zhuǎn)換來(lái)擴(kuò)展測(cè)量電路的輸入工作范圍。LT6375 具有一些方便的特性，使其能夠在令人驚訝的寬電壓范圍內(nèi)精確工作。

電路說(shuō)明

圖 1 示出了低電壓庫(kù)侖計(jì)數(shù)器 LTC2941 的典型連接。庫(kù)侖計(jì)數(shù)器通過(guò)測(cè)量檢測(cè)電阻兩端的電壓來(lái)工作，以指示需要積分的電流。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，庫(kù)侖計(jì)數(shù)器真正測(cè)量電壓，并且僅將其解釋為電流，然后將其報(bào)告為電荷。如果移除檢測(cè)電阻，并以某種方式在庫(kù)侖計(jì)數(shù)器的檢測(cè)引腳上驅(qū)動(dòng)另一個(gè)電壓，它仍將該電壓解釋為電流并報(bào)告累積電荷。

圖1.高壓放大器將庫(kù)侖計(jì)數(shù)器范圍擴(kuò)展至±270V。

在圖 2 中，LT6375 輸出連接到庫(kù)侖計(jì)數(shù)器的檢測(cè)引腳。LT?6375 是一款差動(dòng)放大器，這意味著一個(gè)運(yùn)放加上精準(zhǔn)電阻器以一種電平轉(zhuǎn)換差分輸入電壓的方式連接起來(lái)。差動(dòng)放大器的工作使其輸出驅(qū)動(dòng)到以下值：

輸出 = 參考 + 增益* （輸入 – 輸入+–)

圖2.高壓放大器將庫(kù)侖計(jì)數(shù)器范圍擴(kuò)展至±270V。

LT6375 驅(qū)動(dòng)其輸出引腳，但 REF 引腳必須連接至一個(gè)低阻抗電源。同樣，LTC2941 期望在其 SENSE 引腳上有一個(gè)低阻抗源，該引腳也是該器件的電源引腳。您可以將 REF 和 SENSE 連接到用于 I 的同一邏輯軌++2C 接口，例如 3.3V。通過(guò)將 LT6375 的 OUT 引腳連接到 SENSE–引腳上，LT6375 將在 LTC2941 的輸入端上施加其輸入之間的差值。實(shí)際上，LT6375 充當(dāng)一個(gè)假檢測(cè)電阻器。

準(zhǔn)確性

差動(dòng)放大器的精度在很大程度上取決于電阻匹配。很明顯，電阻失配直接影響增益精度。但也許不太明顯，實(shí)際上更嚴(yán)重的是，電阻不匹配會(huì)導(dǎo)致失調(diào)誤差。1% 的電阻失配會(huì)導(dǎo)致輸出失調(diào)等于電平轉(zhuǎn)換電壓的 1%。例如，將48V輸入電平轉(zhuǎn)換為3V會(huì)導(dǎo)致450mV失調(diào)誤差，這對(duì)于這種測(cè)量來(lái)說(shuō)太大了。LT6375A 規(guī)定了一個(gè) 97dB 的最小 CMRR，這意味著一個(gè) 45V 電平轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致一個(gè)小于 640μV 的失調(diào)。

輸入電壓范圍

設(shè)計(jì)高壓電平轉(zhuǎn)換電路時(shí)，需要采取預(yù)防措施，以確保運(yùn)算放大器輸入保持在有效工作范圍內(nèi)。LT6375 提供了實(shí)現(xiàn)此目的的靈活性。首先，電源引腳本身的額定電壓高達(dá) 60V，因此在某些情況下，您可以從被測(cè)電壓為 LT6375 供電。這是圖 2 中的配置，其中 LT6375 測(cè)量來(lái)自一個(gè) 48V 電源的電流。此外，LT6375 內(nèi)部的運(yùn)放還具有獨(dú)特的特性，即輸入可在高于電源引腳本身的電壓下工作 （過(guò)頂）。最后，LT6375 包括額外的精準(zhǔn)電阻器，這些電阻器可通過(guò)引腳配置為分頻輸入共模范圍，同時(shí)保持差分增益等于單位。在圖3中，輔助基準(zhǔn)引腳全部連接到5V電源，5V電源將–42V輸入電壓分壓，使其在運(yùn)算放大器的電源范圍內(nèi)。總而言之，LT6375 能夠監(jiān)視一個(gè) ±270V 輸入范圍內(nèi)的電源。

圖3.高壓放大器將庫(kù)侖計(jì)數(shù)器范圍擴(kuò)展至±270V。

結(jié)論

非常準(zhǔn)確的電阻器與用于處理高電壓的靈活功能相結(jié)合，使得 LT6375 能夠?qū)z測(cè)電阻器的電壓精確地電平轉(zhuǎn)換到可由低壓庫(kù)侖計(jì)數(shù)器處理的水平。結(jié)果是一個(gè)緊湊的電路，用于測(cè)量±270V之間任何電壓下的累積電荷。

審核編輯：郭婷