高端電流檢測:差動放大器vs.電流檢測放大器

在電機控制、電磁閥控制以及電源管理（如直流-直流轉換器與電池監(jiān)控）等諸多應用中，高精度的高端電流檢測都是必需的。在這種應用中，對高端電流而非回路電流進行監(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橋電機控制中的高端檢測

　　圖3. 典型三相電機控制中的高端檢測

　　在上述所有配置中，監(jiān)控負載電流的取樣電阻上的脈寬調制（PWM）共模電壓在從地到電源的范圍內擺動。利用從電源級到FET的控制信號可以確定這個PWM輸入信號的周期、頻率和上升/下降時間。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——其目的是為了反映真實的負載電流值。

　　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，因此單向電流檢測器就足夠了。在電機控制配置（圖2與圖3）中，電機相位進行分流意味著取樣電阻中的電流沿著兩個方向流動，因此，需要雙向電流檢測器。

　　許多半導體供應商都為高端電流檢測提供了多種方案，然后研究這類應用的設計工程師發(fā)現(xiàn)，這些方案都可以遵循兩個截然不同的高壓結構來進行分類：電流檢測放大器和差動放大器。

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

它們如何工作

　　AD8206（圖4）是一款集成的高壓差動放大器， 通過內置輸入電阻網絡能夠將輸入電壓削弱至1/16.7，使其能承受高達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。但是，其內部的輸入電阻網絡也會使差分信號以同樣比例衰減。為了實現(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內部結構示意圖

　　這個器件通過將輸出放大器偏置到電源范圍內的適當電壓，來實現(xiàn)雙向輸入測量。電阻分壓網絡與放大器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絡，來實現(xiàn)偏置。AD8206的一個優(yōu)異特性是：當共模電壓為-2 V（共模偏置則為250 mV，如圖所示）時，它能夠正確地放大差分輸入電壓。