具有輸入過壓保護的高端電流檢測

2020-12-08 電子產品世界

電路功能與優勢
發生瞬變後，或者連接、斷開或關斷監控電路時，高端電流監控器可能遇到過壓情況。圖1所示電路使用具有過壓保護功能、作為差動放大器連接的 ADA4096-2運算放大器來監控高端電流。 ADA4096-2具有輸入過壓保護功能，對於高於32 V及低於供電軌的電壓，不會發生反相或閂鎖。

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圖1. 具有輸入過壓保護的高端電流檢測（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

該電路採用可調低壓差500 mA線性穩壓器 ADP3336供電，如果需要，後者還可用於為系統其他器件供電。設置為5 V輸出時，輸入電壓範圍為5.2 V至12 V。為了省電，可通過將 ADP3336 SD 引腳置位低電平來關斷電流檢測電路，而電源（例如太陽能電池板）仍可工作。這將對未供電的 ADA4096-2的輸入端施加電壓，但在最高可達32 V的輸入電壓下不會發生閂鎖或損壞。如果需要較低吞吐速率， AD7920 也可在樣本間關斷。 AD7920在關斷時的最大功耗為5 µW，上電時為15 mW。在工作條件下， ADA4096-2僅需120 µA。工作電壓為5 V時，功耗僅為0.6 mW。在關斷模式下，ADP3336僅消耗1 µA。

圖2. ADA4096-2原理示意圖

電路描述
該電路是經典的高端電流檢測電路拓撲結構，採用單個檢測電阻。其他四個電阻（雙通道1 kΩ/20 kΩ分壓器）處於薄膜網絡內（以實現比率匹配），用於設置差動放大器增益。這將放大檢測電阻上產生的兩個電壓間的差異，並抑制共模電壓：
VOUT = (VA – VB) (20 kΩ/1 kΩ)
圖2顯示了 ADA4096-2的原理示意圖。輸入級包含兩個並行的差分對（Q1至Q4和Q5至Q8）。隨著輸入共模電壓接近VCC- 1.5 V，Q1至Q4在I1到達最低順從電壓時關斷。相反，隨著輸入共模電壓接近VEE+ 1.5 V，Q5至Q8在I2到達最低順從電壓時關斷。此拓撲結構可實現最大輸入動態範圍，因為放大器在供電軌外的200 mV下（室溫）仍可處理輸入。
與任何軌到軌輸入放大器一樣，兩個輸入對之間的VOS失配決定放大器的CMRR。如果輸入共模電壓範圍保持在各供電軌1.5 V以內，輸入對之間的躍遷便可避免，從而將CMRR改進約10 dB。
ADA4096-2輸入可保護器件不受最高超出各供電軌32 V的輸入電壓偏移的影響。此特性對存在電源時序控制問題的應用特別重要，該問題可導致信號源在施加放大器電源之前活動。
圖3顯示通過低RDSON內部串聯FET（綠色曲線）提供 ADA4096-2的輸入電流限制能力，並與使用5 kΩ外部串聯電阻和無保護的運算放大器（紅色曲線）相比較。

圖3. 輸入電流限制能力

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