高端電流檢測:差動(dòng)放大器vs.電流檢測放大器

在電機(jī)控制、電磁閥控制以及電源管理（如直流-直流轉(zhuǎn)換器與電池監(jiān)控）等諸多應(yīng)用中，高精度的高端電流檢測都是必需的。在這種應(yīng)用中，對高端電流而非回路電流進(jìn)行監(jiān)控，可以提高診斷能力，如確定對地短路電流以及連續(xù)監(jiān)控回流二級管電流，避免使用取樣電阻，能保持接地的完整性。圖1、圖2和圖3分別給出電磁閥控制及電機(jī)控制的典型高端電流取樣配置。

　　圖1. 典型電磁閥控制中的高端檢測

　　圖2. 典型H橋電機(jī)控制中的高端檢測

　　圖3. 典型三相電機(jī)控制中的高端檢測

　　在上述所有配置中，監(jiān)控負(fù)載電流的取樣電阻上的脈寬調(diào)制（PWM）共模電壓在從地到電源的范圍內(nèi)擺動(dòng)。利用從電源級到FET的控制信號可以確定這個(gè)PWM輸入信號的周期、頻率和上升/下降時(shí)間。因此，監(jiān)控取樣電阻上電壓的差分測量電路要求極高共模電壓抑制與高壓處理能力，以及高增益、高精度和低失調(diào)——其目的是為了反映真實(shí)的負(fù)載電流值。

　　在使用單一控制FET的電磁閥控制（圖1）中，電流始終沿同一方向流動(dòng)，因此單向電流檢測器就足夠了。在電機(jī)控制配置（圖2與圖3）中，電機(jī)相位進(jìn)行分流意味著取樣電阻中的電流沿著兩個(gè)方向流動(dòng)，因此，需要雙向電流檢測器。

　　許多半導(dǎo)體供應(yīng)商都為高端電流檢測提供了多種方案，然后研究這類應(yīng)用的設(shè)計(jì)工程師發(fā)現(xiàn)，這些方案都可以遵循兩個(gè)截然不同的高壓結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類：電流檢測放大器和差動(dòng)放大器。

　　接下來，我們將會(huì)詳細(xì)介紹這兩種架構(gòu)的重要差異，以幫助高端電流檢測設(shè)計(jì)工程師選擇最適合應(yīng)用的器件。我們將比較兩個(gè)高壓器件：AD8206雙向差動(dòng)放大器，AD8210雙向電流檢測放大器。這兩個(gè)器件具有相同的引腳，都具備高端電流取樣監(jiān)控功能，但是其性能指標(biāo)與架構(gòu)卻不同。那么，如何選擇合適的器件呢？

它們?nèi)绾喂ぷ?/P>

　　AD8206（圖4）是一款集成的高壓差動(dòng)放大器， 通過內(nèi)置輸入電阻網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑤斎腚妷合魅踔?/16.7，使其能承受高達(dá)65 V的共模電壓，以使共模電壓保持在放大器A1的輸入電壓范圍內(nèi)。但是，其內(nèi)部的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)也會(huì)使差分信號以同樣比例衰減。為了實(shí)現(xiàn)AD8206的20 V/V增益，放大器A1與A2必須將差分信號放大大約334 V/V。

　　圖4. AD8206內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

　　這個(gè)器件通過將輸出放大器偏置到電源范圍內(nèi)的適當(dāng)電壓，來實(shí)現(xiàn)雙向輸入測量。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與放大器A2同向輸入端連接，外部低阻抗電壓施加到精密配置的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)偏置。AD8206的一個(gè)優(yōu)異特性是：當(dāng)共模電壓為-2 V（共模偏置則為250 mV，如圖所示）時(shí)，它能夠正確地放大差分輸入電壓。