新型放大器實現(xiàn)高性能電流檢測

　關(guān)注電阻

　　理想情況下，電流和電壓檢測電路不應(yīng)該對它所連接的負載造成影響。這意味著，電壓檢測器件應(yīng)該有接近無限大的輸入阻抗，這可確保不會從負載分走可觀的電流。相反，電流檢測器件應(yīng)該有接近零的輸入阻抗，這可確保不會明顯地降低負載電壓。高端電流檢測電路（放大器＋電阻）同時受到這兩種要求的制約。用來檢測 RSENSE 上電壓的放大器必須有高輸入阻抗。用來檢測負載電流的電阻必須非常小。

　　為了充分理解這一點，我們來看一下使用大檢測電阻時的情況。因為串聯(lián)電阻提高了，所以負載獲得的電壓降低了。外加串聯(lián)電阻是能量浪費的根源，大的檢測電阻可能導(dǎo)致過度的熱耗散，從長遠來看可能引起可靠性問題。

　　使用大檢測電阻有什么理由嗎？主要的優(yōu)點是提高了總的輸出電壓（EQ1）。這在放大器有固定增益或增益可配置性有限時可能很有用。

　　[EQ1]

　　檢測電阻值有個限度。放大器輸入范圍和最大預(yù)期電流將決定最大的實際檢測電阻值（EQ2）。

RSENSE_MAX = (VSENSE_MAX / ISENSE_MAX) [EQ2]

　　例如，如果通過檢測電阻（ISENSE MAX）的最大預(yù)期電流是 50mA，高端電流檢測放大器可以接受高達 250mV（VSENSE MAX）的輸入，那么最大檢測電阻值是 50Ω（RSENSE_MAX）。

　　理想情況下，設(shè)計師不應(yīng)該被迫增加檢測電阻以補償放大器。只要放大器能以足夠的增益和增益準確度工作，設(shè)計師就應(yīng)該去關(guān)注最小可接受電阻值。這可以從電流檢測放大器的輸入失調(diào)電壓算出來，必須分辨的最小電流為：

RSENSE_MIN = (VOFFSET / IRES). [EQ3]

　　例如，如果要求 1mA 分辨率（IRES），高端電流檢測放大器的失調(diào)電壓為 1mV（VOFFSET），那么最小檢測電阻為 1Ω（RSENSE MIN）。等式 3 突出了一個關(guān)鍵點：最小檢測電阻與高端電流檢測放大器的失調(diào)電壓直接相關(guān)。

　　深入了解現(xiàn)代電流檢測放大器

　　設(shè)計師把精準高壓側(cè)電流檢測技術(shù)謹記于心, 從而開發(fā)出了新型高壓側(cè)電流檢測放大器, 與先前的同類產(chǎn)品相比, 性能有了大幅度的提升。例如，凌力爾特公司的 LTC6102 是一種采用零漂移技術(shù)的新型高端電流檢測放大器。這種放大器的輸入失調(diào)電壓僅為 10uV，偏壓漂移最大值為 50nV/oC。與前幾代電流檢測放大器相比，LTC6102 可以使用小得多的檢測電阻(2)。如果系統(tǒng)能夠承受大的 VSENSE，那么LTC6102 就可以接受高達 2V 的檢測電壓。低失調(diào)加上這么高的最高檢測電壓可實現(xiàn)超過 106dB 的動態(tài)范圍，允許LTC6102從安培級電流分辨出微安級電流。檢測非常小的電流是可能的，因為任何增益值都可以用外部電阻選擇。通過使用精密電阻，增益準確度可以高于 99%。

　　LTC6102 也不損害其他重要的電流檢測性能。其高阻抗輸入將輸入偏置電流限制為低于 300pA。LTC6102 可以在輸入共模電壓高達 105V 時工作。130dB 的共模抑制在整個 100V 輸入共模電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生低于 32uV 的偏移誤差(3)。就故障保護而言，LTC6102 有 1us 的響應(yīng)時間，從而允許該器件在出現(xiàn)意外的負載或電源變化時迅速關(guān)閉電源。

　　圖 6：凌力爾特公司的 LTC6102 可簡單直接地實現(xiàn)高端電流檢測。用 RSENSE 和兩個增益電阻就可以配置該器件。通過選擇 RIN 和 ROUT，設(shè)計師可以定制功耗、響應(yīng)時間和輸入/輸出阻抗特性

　　結(jié)論

　　高端電流檢測放大器用來監(jiān)視和控制電流時具有固有的優(yōu)勢。電池管理、電動機控制等領(lǐng)域的技術(shù)進步導(dǎo)致對較高共模電壓、較高準確度和較高精確度的電流檢測放大器的極大需求。LTC6102 率先以一套令人印象深刻的功能和卓越的精確度開辟了一片新天地。高端電流檢測放大器現(xiàn)在已經(jīng)達到了業(yè)界領(lǐng)先精確運算放大器的性能水平，為設(shè)計師提供了一種簡單、通用和高度準確的器件，這種器件可替代過去精確度較低或較復(fù)雜的電流檢測電路。

　　如需更多有關(guān)電流檢測的信息，請閱讀凌力爾特公司編輯的 ISENSE Application Note，其中收集了廣泛的電流檢測電路，現(xiàn)在可從網(wǎng)址 www.linear.com.cn/currentsense 下載。

　　注釋：

　　1 就開關(guān)或換向負載而言，在開關(guān)和負載之間安裝檢測電阻將給放大器加上大的且可能是高頻的共模電壓。即使有非常高的共模抑制比，加上大的高頻共模電壓的放大器也會產(chǎn)生 CMRR 誤差。為了避免這種不必要的困難，檢測電阻應(yīng)該挨著電源放置，在這里不會受到換向電壓影響。

　　2 與失調(diào)電壓為 1mV、漂移為 1uV/oC 的典型高端電流檢測放大器相比，LTC6102 具有最小的計算檢測電阻值（RSENSE_MIN，EQ3），就任何給定電流分辨率（IRES）而言，都至少比其他放大器低 99%。

　　3 共模抑制 = 20 x Log[ΔVCM / ΔVOS]