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高侧、高电流感应技术
接线图
2023年08月24日 18:23 292
admin
许多应用都需要感测电源总线高侧电源轨上的电流，并将其转换为与该电流成比例的相对地电压（参见图 1）。通常，该电压被馈入微控制器或用作开关电源控制器的模拟输入。本应用笔记比较了几种高侧电流感应方法，包括两种可用于使用低压放大器感应高压轨上电流的简单技术。
图 1 简化框图
检测高侧电流的方法有多种，但没有“万能”的解决方案。ISL28006（见图 2）是一款非常紧凑的解决方案，适用于高达 28V 的应用。固定增益版本几乎不需要任何外部元件，并且与同类产品相比，450μV 的最大温度偏移非常出色。然而，某些应用需要较低的偏移以获得更高的精度，或者需要感测高于 28V 的电源轨。高压运算放大器可用于标准差分放大器配置，但在放大高压轨上的低压时，该电路需要极其严格的电阻匹配。例如，如果使用 1% 电阻器在 5V 电源轨上感测 10mV，放大 50 倍并假设放大器中的偏移为零，则最坏情况误差约为 37%。图 3 显示了最坏情况容差的数值示例。根据电阻分压器的最坏情况值 0.99kΩ 和 50.5kΩ，计算出放大器同相端的电压为 4.9137V，并且反相端的电压在虚拟零点处相同。1.01kΩ 电阻器中的电流为（5V 减去 4.9137V）/1.01kΩ = 85.4μA。输出为 4.9137V 减去 85.4μA*49.5kΩ = 683mV。这比 50kΩ 和 1kΩ 电阻器的标称值 50*10mV = 500mV 高 37%。
图 2 高度集成且精确的电流检测放大器
图 3 具有最差情况 1% 容差电阻的差分放大器配置
值得注意的一项重要事项是，图 2 中的差分放大器配置需要使用额定电压与感测高轨相当的放大器。采用 5V 标称电源轨运行的低失调运算放大器比在较高电源轨运行的放大器具有更好的可用性。一流的 5V 放大器具有 ?V 的偏移。一流的高压 (30~40V) 放大器具有 10μV 至 100μV 偏移。
改进的电流检测电路
本应用笔记的其余部分探讨了两种电路技术，允许使用传统的 5V 运算放大器来感测高压轨上的电流。使用简单、低功耗的偏置方案为放大器供电。此外，整个电路的增益带宽可以远高于放大器本身的增益带宽。在目标是感测以数百 kHz 运行的开关电源中的电流并能够保留高频谐波的应用中，这可能是一个显着的优势。
图 1 简化框图检测高侧电流的方法有多种，但没有“万能”的解决方案。ISL28006（见图 2）是一款非常紧凑的解决方案，适用于高达 28V 的应用。固定增益版本几乎不需要任何外部元件，并且与同类产品相比，450μV 的最大温度偏移非常出色。然而，某些应用需要较低的偏移以获得更高的精度，或者需要感测高于 28V 的电源轨。高压运算放大器可用于标准差分放大器配置，但在放大高压轨上的低压时，该电路需要极其严格的电阻匹配。例如，如果使用 1% 电阻器在 5V 电源轨上感测 10mV，放大 50 倍并假设放大器中的偏移为零，则最坏情况误差约为 37%。图 3 显示了最坏情况容差的数值示例。根据电阻分压器的最坏情况值 0.99kΩ 和 50.5kΩ，计算出放大器同相端的电压为 4.9137V，并且反相端的电压在虚拟零点处相同。1.01kΩ 电阻器中的电流为（5V 减去 4.9137V）/1.01kΩ = 85.4μA。输出为 4.9137V 减去 85.4μA*49.5kΩ = 683mV。这比 50kΩ 和 1kΩ 电阻器的标称值 50*10mV = 500mV 高 37%。
图 2 高度集成且精确的电流检测放大器 图 3 具有最差情况 1% 容差电阻的差分放大器配置值得注意的一项重要事项是，图 2 中的差分放大器配置需要使用额定电压与感测高轨相当的放大器。采用 5V 标称电源轨运行的低失调运算放大器比在较高电源轨运行的放大器具有更好的可用性。一流的 5V 放大器具有 ?V 的偏移。一流的高压 (30~40V) 放大器具有 10μV 至 100μV 偏移。
改进的电流检测电路
本应用笔记的其余部分探讨了两种电路技术，允许使用传统的 5V 运算放大器来感测高压轨上的电流。使用简单、低功耗的偏置方案为放大器供电。此外，整个电路的增益带宽可以远高于放大器本身的增益带宽。在目标是感测以数百 kHz 运行的开关电源中的电流并能够保留高频谐波的应用中，这可能是一个显着的优势。
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