在負(fù)的大電壓下檢測電流的放大器電路

在電信和其它使用高電壓負(fù)電源軌的場合，可將一個(gè)儀表放大器與獨(dú)立元件簡單結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大電流檢測以保護(hù)電路。高端大電流檢測放大器（CSA）主要用于正電源軌電流監(jiān)測。然而，諸如ISDN和電信電源類應(yīng)用需要采用工作在負(fù)電源軌的CSA。設(shè)計(jì)負(fù)電源軌CSA的一種方法是使用一個(gè)精密儀表放大器IC和幾個(gè)分立元件。

以前有一篇文章討論了一種類似方法，就是采用一個(gè)雙電源運(yùn)放檢測-5V電源軌的電流。不過在該文中，設(shè)計(jì)擴(kuò)展到了使用了一個(gè)工作在單電源軌的放大器IC來檢測非常高的負(fù)軌電壓。本文給出的例子雖是針對-120V電源，但本設(shè)計(jì)可進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對其它電壓水平負(fù)電壓軌的監(jiān)測。

應(yīng)用示例

圖1為一個(gè)典型電話交換機(jī)功率分布網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)整流器將主電源的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，整流器的直流輸出用來給一個(gè)48V鉛酸電池充電。此電池通過電話線給用戶電話供電，因此用戶端不必要使用備用電池。

電池極性相連，因此線電壓為負(fù)（-48V）。線電壓為負(fù)能降低潮濕電話線的電化學(xué)反應(yīng)腐蝕。電信網(wǎng)絡(luò)也使用多個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器，從-48V直流輸入得到中間電源軌。這些中間電源軌給電話交換機(jī)、無線電設(shè)備、路由器、ATX計(jì)算機(jī)及其它電子設(shè)備供電。

如果負(fù)載電流超過最大額定值，故障狀態(tài)就會發(fā)生，就可能損害電源；因此，需要有輸出保護(hù)。有一種經(jīng)過了長時(shí)間考驗(yàn)的方法，就是用一個(gè)CSA和一個(gè)功率晶體管構(gòu)成電路斷路開關(guān)。此CSA強(qiáng)化了檢測電阻上的小電壓降，該檢測電阻為外加的，與電池串聯(lián)。每當(dāng)電池電流升高到最大額定值時(shí)，電路斷路開關(guān)被觸發(fā)，最大額定值一般為標(biāo)稱電流的120%～140%。

檢測電阻既可置于負(fù)載和地之間（低端電流檢測），也可放在負(fù)載和48V電池負(fù)端（高端電流檢測）之間。這兩種備選方法需要在不同方面作出權(quán)衡。低端電阻給對地路徑上增加了不期望的電阻。此外，不是所有故障都能用低端方案檢測到。

高端或負(fù)電源電流檢測必須處理大電源及共模信號，但這種方法可以檢測到廣泛存在的接地面的不引人注意的短路所引起的任何故障。本文論述的CSA采用高端方法。

電路描述

圖2的電路為一種實(shí)現(xiàn)負(fù)電源軌電流檢測框圖。其中采用了一個(gè)儀表放大器，如MAX4460或MAX4208，以及一些分立元件。

MAX4460/MAX4208是采用稱作間接電流反饋的一種新穎架構(gòu)設(shè)計(jì)的儀表放大器。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以使輸入共模電壓范圍包含地（即放大器的負(fù)軌），這與傳統(tǒng)三運(yùn)放架構(gòu)不同。

在間接電流反饋架構(gòu)中，通過RSENSE的負(fù)載電流在儀表放大器的IN+和IN-間產(chǎn)生一差分電壓。該差分電壓通過跨導(dǎo)放大器gM1轉(zhuǎn)化成內(nèi)部差分電流?？鐚?dǎo)相同的跨導(dǎo)放大器gM2的作用是，通過在一個(gè)負(fù)反饋環(huán)內(nèi)使用高增益放大器消除掉此內(nèi)部差分電流。因?yàn)榭鐚?dǎo)匹配，反饋動(dòng)作重建了引腳FB和GND上的IN+和IN-間的輸入差分電壓。

MAX4460的輸出給MOSFETM1提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)。電阻R3上的電壓降等于RSENSE上的電壓VSENSE。因此，R3設(shè)置了一個(gè)與負(fù)載電流成比例的電流：

MOSFET的額定漏-源極擊穿電壓必須大于兩電源軌間的總電壓降（本例中為+125V）。選擇R2，使輸出電壓位于后續(xù)電路需要的電壓范圍之內(nèi)，后續(xù)電路通常為一模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。R2和R3設(shè)置CSA增益，后面將對此予以說明。如果此ADC輸入阻抗不高，可以在VOUT端附加一運(yùn)放緩沖。

在電信和其它使用高電壓負(fù)電源軌的場合，可將一個(gè)儀表放大器與獨(dú)立元件簡單結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大電流檢測以保護(hù)電路。高端大電流檢測放大器（CSA）主要用于正電源軌電流監(jiān)測。然而，諸如ISDN和電信電源類應(yīng)用需要采用工作在負(fù)電源軌的CSA。設(shè)計(jì)負(fù)電源軌CSA的一種方法是使用一個(gè)精密儀表放大器IC和幾個(gè)分立元件。

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