一種高端大電流檢測放大器電路的設計

2021-01-13 電子產品世界

在電信和其它使用高電壓負電源軌的場合，可將一個儀表放大器與獨立元件簡單結合，實現大電流檢測以保護電路。高端大電流檢測放大器(CSA)主要用於正電源軌電流監測。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/186325.htm

然而，諸如ISDN和電信電源類應用需要採用工作在負電源軌的CSA。設計負電源軌CSA的一種方法是使用一個精密儀表放大器IC和幾個分立元件。

以前有一篇文章討論了一種類似方法，就是採用一個雙電源運放檢測-5V電源軌的電流。不過在該文中，設計擴展到了使用了一個工作在單電源軌的放大器IC來檢測非常高的負軌電壓。本文給出的例子雖是針對-120V電源，但本設計可進行修改，實現對其它電壓水平負電壓軌的監測。

應用示例

圖1為一個典型電話交換機功率分布網絡的結構圖。一個整流器將主電源的交流電轉換成直流電，整流器的直流輸出用來給一個48V鉛酸電池充電。此電池通過電話線給用戶電話供電，因此用戶端不必要使用備用電池。

電池極性相連，因此線電壓為負(-48V)。線電壓為負能降低潮溼電話線的電化學反應腐蝕。電信網絡也使用多個直流-直流轉換器，從-48V直流輸入得到中間電源軌。這些中間電源軌給電話交換機、無線電設備、路由器、ATX計算機及其它電子設備供電。

如果負載電流超過最大額定值，故障狀態就會發生，就可能損害電源;因此，需要有輸出保護。有一種經過了長時間考驗的方法，就是用一個CSA和一個功率電晶體構成電路斷路開關。此CSA強化了檢測電阻上的小電壓降，該檢測電阻為外加的，與電池串聯。每當電池電流升高到最大額定值時，電路斷路開關被觸發，最大額定值一般為標稱電流的120%～140%。

檢測電阻既可置於負載和地之間(低端電流檢測)，也可放在負載和48V電池負端(高端電流檢測)之間。這兩種備選方法需要在不同方面作出權衡。低端電阻給對地路徑上增加了不期望的電阻。此外，不是所有故障都能用低端方案檢測到。

高端或負電源電流檢測必須處理大電源及共模信號，但這種方法可以檢測到廣泛存在的接地面的不引人注意的短路所引起的任何故障。本文論述的CSA採用高端方法。

電路描述

圖2的電路為一種實現負電源軌電流檢測框圖。其中採用了一個儀表放大器，如MAX4460或MAX4208，以及一些分立元件。

MAX4460/MAX4208是採用稱作間接電流反饋的一種新穎架構設計的儀表放大器。這種拓撲結構可以使輸入共模電壓範圍包含地(即放大器的負軌)，這與傳統三運放架構不同。

在間接電流反饋架構中，通過RSENSE的負載電流在儀表放大器的IN+和IN-間產生一差分電壓。該差分電壓通過跨導放大器gM1轉化成內部差分電流。跨導相同的跨導放大器gM2的作用是，通過在一個負反饋環內使用高增益放大器消除掉此內部差分電流。因為跨導匹配，反饋動作重建了引腳FB和GND上的IN+和IN-間的輸入差分電壓。

MAX4460的輸出給MOSFETM1提供合適的柵極驅動。電阻R3上的電壓降等於RSENSE上的電壓VSENSE。因此，R3設置了一個與負載電流成比例的電流：

MOSFET的額定漏-源極擊穿電壓必須大於兩電源軌間的總電壓降(本例中為+125V)。選擇R2，使輸出電壓位於後續電路需要的電壓範圍之內，後續電路通常為一模數轉換器(ADC)。R2和R3設置CSA增益，後面將對此予以說明。如果此ADC輸入阻抗不高，可以在VOUT端附加一運放緩衝。

在電信和其它使用高電壓負電源軌的場合，可將一個儀表放大器與獨立元件簡單結合，實現大電流檢測以保護電路。高端大電流檢測放大器(CSA)主要用於正電源軌電流監測。然而，諸如ISDN和電信電源類應用需要採用工作在負電源軌的CSA。設計負電源軌CSA的一種方法是使用一個精密儀表放大器IC和幾個分立元件。

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