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利用精密儀表放大器實(shí)現(xiàn)負(fù)壓電流檢測(cè)
發(fā)布時(shí)間:2017-08-16 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】監(jiān)測(cè)正電源的電流時(shí),通常使用高邊檢流放大器。然而,對(duì)于ISDN、電信電源,通常需要一個(gè)工作在負(fù)電源的檢流放大器。本文介紹了一種采用單電源儀表放大器設(shè)計(jì)負(fù)壓檢流放大器的方法。
圖1所示電路提供了一種負(fù)電源電流檢測(cè)的原理框圖,利用MAX4460或MAX4208儀表放大器,配合一些分立元件實(shí)現(xiàn)。
齊納二極管D1在保證儀表放大器具有足夠的供電電壓的前提下為其提供過(guò)壓保護(hù)。被監(jiān)測(cè)電流通過(guò)檢流電阻RSENSE流入負(fù)電源。儀表放大器必需采用單電源供電并具有地電位檢測(cè)能力。
MAX4460的輸出提供MOSFET M1的柵極驅(qū)動(dòng),負(fù)反饋環(huán)路確保電阻R3兩端的電壓等于RSENSE兩端的電壓VSENSE。相應(yīng)地,由R3建立與負(fù)載電流成正比的電流:
IOUT = (ILOAD &TImes; RSENSE)/R3 = VSENSE/R3 (1)
R2的選擇需保證輸出電壓在后級(jí)電路(通常是ADC)所要求的電壓范圍內(nèi)。漏源擊穿電壓需要高于兩個(gè)電源電壓的和(這里為+125V)。如果ADC不是高阻輸入,則在輸出VOUT端需要加一個(gè)額外的緩沖放大器。如果在故障情況下,檢測(cè)電流上升到額定值以上,輸入電壓變成負(fù)值。二極管D2可以將輸出端的負(fù)壓限制到一個(gè)二極管的壓降,為后級(jí)ADC提供保護(hù)。
上述設(shè)計(jì)可以很容易地用于高壓、負(fù)電源的電流檢測(cè)。選擇-120V作為負(fù)電源,按照以下步驟設(shè)計(jì),即可獲得不同電源電壓下的電流檢測(cè)放大器。
給齊納管提供一個(gè)偏壓,使其工作在傳輸特性上動(dòng)態(tài)電阻較低的工作點(diǎn)(例如,在其進(jìn)入反向擊穿的區(qū)域),這樣可以消除PSRR誤差。齊納電壓在靠近擊穿電壓的位置不是很穩(wěn)定。通常將偏置點(diǎn)設(shè)置在額定功率規(guī)定的最大電流的25%。這個(gè)偏置點(diǎn)具有較低的動(dòng)態(tài)電阻,而且不會(huì)消耗很大功率。按照下式選擇電阻R1,使電路工作在所要求的偏置點(diǎn)。
IR1 = ( VCC + |VNEG| - VZ )/R1 = IS + IZ (2)
其中:VCC是正電源電壓,VZ是齊納管穩(wěn)定電壓,|VNEG|是負(fù)電源電壓絕對(duì)值,IS是MAX4460的電源電流,IZ是流過(guò)齊納管的電流。
R1必須具有適當(dāng)?shù)念~定功率,能夠承受兩端的高壓。也可以利用串、并組合降低對(duì)電阻額定功率得要求。
選擇N溝道MOSFET或JFET時(shí),需保證漏源之間的額定擊穿電壓大于|VNEG| + VCC。這一點(diǎn)對(duì)于負(fù)壓較高的情況非常重要。
選擇RSENSE時(shí),需保證滿量程電壓,RSENSE兩端的檢測(cè)電壓,小于等于100mV。
R3的選擇比較靈活,主要受以下2個(gè)條件的影響:
(1)R3減小時(shí),從式1可以看出,對(duì)于固定增益,功耗將增大。
(2)FET的熱噪聲和漏電流決定了選擇R3的上限。
選擇R2和R3的電阻比等于檢流放大器的電壓增益,輸出電壓為:
VOUT = VCC - IOUT &TImes; R2 (3)
從式1和式3可以得到:
VOUT=VCC-(VSENSE&TImes;R2/R3)
對(duì)于VSENSE:
電壓增益,Av = -R2/R3 (4)
負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入檢測(cè)電壓是反相關(guān)系。從式4可以求解得出R2。
以下典型參數(shù)用于檢流放大器的推導(dǎo):
輸入失調(diào)電壓 = (5 - 4.9831)/49.942= 338mV
增益= -49.942
本文介紹了用精密儀表放大器MAX4460實(shí)現(xiàn)負(fù)電源電流檢測(cè)的方案??梢愿鶕?jù)上述設(shè)計(jì)步驟重新設(shè)計(jì)電路,用于監(jiān)測(cè)不同的負(fù)壓電源。
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