模擬乘法器提高高邊電流檢測的測量精度

將模擬乘法器和高邊電流檢測放大器相結(jié)合，能夠在筆記本電腦或其他便攜儀器中實(shí)現(xiàn)電池充、放電電流的測量。本文討論將ADC的基準(zhǔn)電壓加到模擬乘法器的一個輸入端，以提高電流測量精度的方法。

　　對可靠性和精確性要求非常高的應(yīng)用中大量使用了高邊電流檢測放大器。筆記本電腦中，它被用來監(jiān)測電池的充、放電電流，也可以用來監(jiān)測USB口和其他電壓的電流。為了控制系統(tǒng)發(fā)熱和電源損耗，要求降低這些電壓的輸出功率。在便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品中，高邊電流檢測放大器用來監(jiān)測鋰電池的充、放電電流。汽車應(yīng)用中，這樣的放大器不僅可以監(jiān)測電池電流，也可以用來進(jìn)行電機(jī)控制和GPS天線檢測。在通信基站中，這樣的放大器也被用來監(jiān)測功率放大器的電流。

　　很多應(yīng)用中，高邊電流檢測放大器能夠直接與ADC相連。有一些ADC由外部基準(zhǔn)電壓決定滿量程輸入范圍，它們的輸出精度在很大程度上取決于基準(zhǔn)電壓的精度。本文介紹了在多數(shù)應(yīng)用中，如何利用一個集成了高邊電流檢測放大器的模擬乘法器來檢測電池的充、放電電流。本設(shè)計(jì)方案通過把ADC的基準(zhǔn)電壓加到模擬乘法器的輸入端，有效提高了檢測精度。

　　高邊與低邊電流檢測技術(shù)

　　高邊、低邊電流檢測是兩種通用的電流測量方法。高邊檢測是在電源（如電池）和負(fù)載之間放一個檢流電阻；低邊檢測是在接地回路上串聯(lián)一個檢流電阻，這種方法與高邊檢測相比有2個缺點(diǎn)：第一，如果負(fù)載發(fā)生意外短路，低邊電流檢測放大器將被旁路，不能檢測短路狀態(tài)；第二，由于在接地回路中引入了所不期望的阻抗，從而把地平面分割開。

圖1 高邊電流檢測（MAX4211）

　　高邊電流檢測也有一個缺點(diǎn)：電流檢測放大器必需支持高共模電壓輸入，幅度取決于具體的電壓源。高邊檢測主要用于電流檢測放大器，而低邊檢測可采用簡單的運(yùn)算放大器，只要這個放大器能夠處理以地為參考的共模輸入即可。

　　利用高邊檢流放大器測量功率

　　圖1說明了如何利用集成了模擬乘法器的高邊電流檢測放大器測量供給負(fù)載的功率（定義為負(fù)載電流與電壓的乘積）。高邊電流檢測提供與負(fù)載電流成比例的電壓輸出，該輸出電壓加到模擬乘法器，而模擬乘法器的另一個輸入為負(fù)載電壓。由此，乘法器輸出一個與負(fù)載功率成正比的電壓。

　　這里的模擬乘法器不僅僅提供功率測量，還可提供其他用途。如果其外部輸入沒有連接到負(fù)載電壓，也可以把它連接到ADC的基準(zhǔn)電壓。這種情況下，乘法器將不再測量功率，而是把電流檢測放大器的輸出電壓與ADC的基準(zhǔn)電壓相關(guān)聯(lián)。

　　圖2說明了這種用法，高邊電流檢測放大器測量電池的充電電流。電壓輸出（POUT）加到輸入范圍為0V～VREF的16位ADC。這里，外部穩(wěn)壓源提供VREF，電壓范圍：1.2～3.8V（該例中為 3.8V）。乘法器的輸入范圍是0～1V，可以把3.8V基準(zhǔn)電壓通過R1/R2分壓實(shí)現(xiàn)。假設(shè)R2=1kΩ，R1=2.8kΩ，則VREF=1V。MAX4211的增益為25，則電壓測量范圍為：0～150mV，輸出電壓（對POUT和IOUT）范圍為0～3.75V（與流入負(fù)載的電流成正比）。