利用精密儀表放大器實現負壓電流檢測

　　監測正電源的電流時，通常使用高邊檢流放大器。然而，對於ISDN、電信電源，通常需要一個工作在負電源的檢流放大器。本文介紹了一種採用MAX4460單電源儀表放大器設計負壓檢流放大器的方法。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/265322.htm

　　圖1所示電路提供了一種負電源電流檢測的原理框圖，利用MAX4460或MAX4208儀表放大器，配合一些分立元件實現。

　　齊納二極體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壓保護。被監測電流通過檢流電阻RSENSE流入負電源。儀表放大器必需採用單電源供電並具有地電位檢測能力。

　　

 

　　MAX4460的輸出提供MOSFET M1的柵極驅動，負反饋環路確保電阻R3兩端的電壓等於RSENSE兩端的電壓VSENSE。相應地，由R3建立與負載電流成正比的電流：

　　IOUT = (ILOAD × RSENSE)/R3 = VSENSE/R3 (1)

　　R2的選擇需保證輸出電壓在後級電路(通常是ADC)所要求的電壓範圍內。漏源擊穿電壓需要高於兩個電源電壓的和(這裡為+125V)。如果ADC不是高阻輸入，則在輸出VOUT端需要加一個額外的緩衝放大器。如果在故障情況下，檢測電流上升到額定值以上，輸入電壓變成負值。二極體D2可以將輸出端的負壓限制到一個二極體的壓降，為後級ADC提供保護。

　　上述設計可以很容易地用於高壓、負電源的電流檢測。選擇-120V作為負電源，按照以下步驟設計，即可獲得不同電源電壓下的電流檢測放大器。

　　給齊納管提供一個偏壓，使其工作在傳輸特性上動態電阻較低的工作點(例如，在其進入反向擊穿的區域)，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定。通常將偏置點設置在額定功率規定的最大電流的25%。這個偏置點具有較低的動態電阻，而且不會消耗很大功率。按照下式選擇電阻R1，使電路工作在所要求的偏置點。

　　IR1 = ( VCC + |VNEG| - VZ )/R1 = IS + IZ (2)

　　其中：VCC是正電源電壓，VZ是齊納管穩定電壓，|VNEG|是負電源電壓絕對值，IS是MAX4460的電源電流，IZ是流過齊納管的電流。

　　R1必須具有適當的額定功率，能夠承受兩端的高壓。也可以利用串、並組合降低對電阻額定功率得要求。

　　選擇N溝道MOSFET或JFET時，需保證漏源之間的額定擊穿電壓大於|VNEG| + VCC。這一點對於負壓較高的情況非常重要。

　　選擇RSENSE時，需保證滿量程電壓，RSENSE兩端的檢測電壓，小於等於100mV。

　　R3的選擇比較靈活，主要受以下2個條件的影響：

　　(1)R3減小時，從式1可以看出，對於固定增益，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的電阻比等於檢流放大器的電壓增益，輸出電壓為：

　　VOUT = VCC - IOUT × R2 (3)

　　從式1和式3可以得到：

　　VOUT=VCC-(VSENSE×R2/R3)

　　對於VSENSE：

　　電壓增益，Av = -R2/R3 (4)

　　負號表示輸出電壓與輸入檢測電壓是反相關係。從式4可以求解得出R2。

　　圖4給出了輸出電壓與檢測電壓的對應關係。以下典型參數用於檢流放大器的推導：

　　輸入失調電壓 = (5 - 4.9831)/49.942= 338mV

　　增益= -49.942

　　本文介紹了用精密儀表放大器MAX4460實現負電源電流檢測的方案。可以根據上述設計步驟重新設計電路，用於監測不同的負壓電源。

　　參考文獻

　　1. Maxim Integrated Products, Application Note 746, 「High-Side Current-Sense Measurement: Circuits and Principles,」 March 26, 2001.

　　2. Ken Yang, 「Precision Circuit Monitors Negative Supply Current,」 Power Electronics Technology, September 1, 2005, p-78.

　　3. Huijsing; Johan Hendrik (Schipluiden, NL), Shahi; Behzad (San Jose, CA), 「GM-controlled current-isolated indirect-feedback instrumentation amplifier,」 U.S. Patent 6,559,720, October 26, 2001.

　　4. Maxim Integrated Products, Application Note 4034, 「Three is a crowd for Instrumentation Amplifiers,」 April 12, 2007