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電流驅(qū)動電流檢測電路圖解

發(fā)布時間：2020-11-03 16:52:56
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電流驅(qū)動電流檢測電路圖解

在此介紹的基于運放的電流檢測電路并不新鮮，它的應用已有些時日，但很少有關(guān)于電路本身的討論。在相關(guān)應用中它被非正式地命名為“電流驅(qū)動”電路，所以我們現(xiàn)在也這樣說。讓我們首先探究其基本概念，它是一個運算放大器和MOSFET電流源（注意，如果您不介意基極電流會導致1%左右的誤差，也可以使用雙極晶體管）。圖1A顯示了一個基本的運算放大器電流源電路。把它垂直翻轉(zhuǎn)，這樣我們可在圖1B中做高邊電流檢測，在圖1C中重新繪制，來描繪我們將如何使用分流電壓作為輸入電壓，圖1D是最終的電路。
電流驅(qū)動

【圖1、此圖描述了從基本運算放大器電流源轉(zhuǎn)換為具有電流輸出的高邊電流檢測放大器】

基本電路

圖2顯示了電路電源電壓低于運算放大器的額定電源電壓。在電壓-電流轉(zhuǎn)換中添加一個負載電阻，記住您現(xiàn)在有一個高阻抗輸出，如果您想要最簡單的方案，這樣可能就行了。

根據(jù)圖2的實施高邊電流檢測的基本完整電路，需要考慮的細節(jié)有：

運放必須是軌對軌輸入，或有一個包括正供電軌的共模電壓范圍。零漂移運算放大器可實現(xiàn)最小偏移量。但請記住，即使使用零漂移軌對軌運放，在較高的共模范圍內(nèi)運行通常不利于實現(xiàn)最低偏移。

MOSFET漏極處的輸出節(jié)點由于正電壓的擺動而受到限制，其幅度小于分流電源軌或小于共模電壓。增加增益緩沖器可以降低該節(jié)點處電壓擺幅的要求。

該電路在死區(qū)短路時不具備低邊檢測或電流檢測所需的零伏特共模電壓能力。在圖2的電路中，最大共模電壓等于運算放大器的最大額定電源電壓。

該電路是單向的，只能測量一個方向的電流。

增益精度是RIN和RGAIN公差的直接函數(shù)。非常高的增益精度是可能的。

共模抑制比(CMRR)一般由放大器的共模抑制能力決定。MOSFET也對CMRR有影響，漏電的或其他劣質(zhì)的MOSFET可降低CMRR。
電流驅(qū)動

【圖2、最簡單的方法是使用電源電壓額定值內(nèi)的運算放大器?？赏ㄟ^RGAIN/RIN被配置為增益50?！?/div>

性能優(yōu)化

一個完全緩沖的輸出總是比圖2的高阻抗輸出要靈活得多，并且在緩沖器中提供2的輕微增益，可降低第一級和MOSFET的動態(tài)范圍要求。

在圖3中，我們還添加了支持雙向電流檢測的電路。這里把電流源電路(還記得圖1A嗎？)與U1非逆變輸入的輸入電阻(RIN 2)一起使用，等效成RIN(在這種情況下為RIN 1)。然后這個電阻器產(chǎn)生一個抵消輸出的壓降，以適應必要的雙向輸出擺動。從REF引腳到整個電路輸出的增益基于RGAIN/ROS的關(guān)系，使得REF輸入可以被配置為提供單位增益，而不考慮通過RGAIN/RIN設置的增益(只要RIN 1和RIN 2是相同的值)，從而像傳統(tǒng)的差分放大器參考輸入：

VREFOUT=VREF *(RGAIN/ROS)*ABUFFER

(其中ABUFFER是緩沖增益)

注意，在所有后續(xù)電路中，雙向電路是可選的，對于單向電路可以省略。
電流驅(qū)動

【圖3、此版本增加了緩沖輸出和雙向檢測能力。它提供了一個參考輸入，即使在RIN 1和RIN 2值所確定的不同增益設置下，它也總是以單位增益運行?！?/div>

在高共模電壓下使用

通過浮動電路和使用具有足夠額定電壓的MOSFET，電流驅(qū)動電路幾乎可在任何共模電壓下使用，電路的工作電壓高達數(shù)百伏特已經(jīng)成為一個非常常見和流行的應用。電路能達到的額定電壓是由所使用的MOSFET的額定電壓決定的。

浮動電路包括在放大器兩端增加齊納二極管Z1，并為它提供接地的偏置電流源。齊納偏壓可像電阻一樣簡單，但本文作者喜歡電流鏡技術(shù)，因為它提高了電路承受負載電壓變化的能力。在這樣做時，我們已創(chuàng)建了一個運放的電源“窗口”，在負載電壓浮動。

另一個二極管D1已出現(xiàn)在高壓版本中。這個二極管是必要的，因為一個接地的短路電路最初在負載處會把非逆變輸入拉至足夠負(與放大器負供電軌相比)，這將損壞放大器。二極管限制這種情況以保護放大器。
電流驅(qū)動

【圖4、高壓電路“浮動”運放，其齊納電源在負載電壓軌】

該電路其它鮮為人知的應用

我不確定是否有人使用電流檢測MOSFET。在幾年前的一些實驗室研究中，我確信，一旦校準，MOSFET電流檢測是非常精確和線性的，但它們有約400 ppm的溫度系數(shù)。盡管如此，最佳的電路結(jié)構(gòu)迫使檢測電極在與MOSFET的源電壓相同的電壓下工作，同時輸出部分電流。圖5顯示了如何使用電流驅(qū)動電路來實施。

【圖5、MOSFET檢測FET電路】
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