高端電流檢測(cè):差動(dòng)放大器vs.電流檢測(cè)放大器

在電機(jī)控制、電磁閥控制以及電源管理（如直流-直流轉(zhuǎn)換器與電池監(jiān)控）等諸多應(yīng)用中，高精度的高端電流檢測(cè)都是必需的。在這種應(yīng)用中，對(duì)高端電流而非回路電流進(jìn)行監(jiān)控，可以提高診斷能力，如確定對(duì)地短路電流以及連續(xù)監(jiān)控回流二級(jí)管電流，避免使用取樣電阻，能保持接地的完整性。圖1、圖2和圖3分別給出電磁閥控制及電機(jī)控制的典型高端電流取樣配置。

　　圖1. 典型電磁閥控制中的高端檢測(cè)

　　圖2. 典型H橋電機(jī)控制中的高端檢測(cè)

　　圖3. 典型三相電機(jī)控制中的高端檢測(cè)

　　在上述所有配置中，監(jiān)控負(fù)載電流的取樣電阻上的脈寬調(diào)制（PWM）共模電壓在從地到電源的范圍內(nèi)擺動(dòng)。利用從電源級(jí)到FET的控制信號(hào)可以確定這個(gè)PWM輸入信號(hào)的周期、頻率和上升/下降時(shí)間。因此，監(jiān)控取樣電阻上電壓的差分測(cè)量電路要求極高共模電壓抑制與高壓處理能力，以及高增益、高精度和低失調(diào)——其目的是為了反映真實(shí)的負(fù)載電流值。

　　在使用單一控制FET的電磁閥控制（圖1）中，電流始終沿同一方向流動(dòng)，因此單向電流檢測(cè)器就足夠了。在電機(jī)控制配置（圖2與圖3）中，電機(jī)相位進(jìn)行分流意味著取樣電阻中的電流沿著兩個(gè)方向流動(dòng)，因此，需要雙向電流檢測(cè)器。

　　許多半導(dǎo)體供應(yīng)商都為高端電流檢測(cè)提供了多種方案，然后研究這類應(yīng)用的設(shè)計(jì)工程師發(fā)現(xiàn)，這些方案都可以遵循兩個(gè)截然不同的高壓結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分類：電流檢測(cè)放大器和差動(dòng)放大器。

　　接下來(lái)，我們將會(huì)詳細(xì)介紹這兩種架構(gòu)的重要差異，以幫助高端電流檢測(cè)設(shè)計(jì)工程師選擇最適合應(yīng)用的器件。我們將比較兩個(gè)高壓器件：AD8206雙向差動(dòng)放大器，AD8210雙向電流檢測(cè)放大器。這兩個(gè)器件具有相同的引腳，都具備高端電流取樣監(jiān)控功能，但是其性能指標(biāo)與架構(gòu)卻不同。那么，如何選擇合適的器件呢？

它們?nèi)绾喂ぷ?/P>

　　AD8206（圖4）是一款集成的高壓差動(dòng)放大器， 通過(guò)內(nèi)置輸入電阻網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑤斎腚妷合魅踔?/16.7，使其能承受高達(dá)65 V的共模電壓，以使共模電壓保持在放大器A1的輸入電壓范圍內(nèi)。但是，其內(nèi)部的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)也會(huì)使差分信號(hào)以同樣比例衰減。為了實(shí)現(xiàn)AD8206的20 V/V增益，放大器A1與A2必須將差分信號(hào)放大大約334 V/V。

　　圖4. AD8206內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

　　這個(gè)器件通過(guò)將輸出放大器偏置到電源范圍內(nèi)的適當(dāng)電壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向輸入測(cè)量。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與放大器A2同向輸入端連接，外部低阻抗電壓施加到精密配置的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，來(lái)實(shí)現(xiàn)偏置。AD8206的一個(gè)優(yōu)異特性是：當(dāng)共模電壓為-2 V（共模偏置則為250 mV，如圖所示）時(shí)，它能夠正確地放大差分輸入電壓。