利用電流檢測放大器AD8210和差動放大器AD8274實現(xiàn)高電壓、高精度電流檢測和輸出電平轉(zhuǎn)換
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電流監(jiān)控功能在電源管理、電磁閥控制和電機控制等許多應(yīng)用中非常關(guān)鍵。在負(fù)載的高端監(jiān)控電流，就可以實現(xiàn)精確的電流檢測和診斷保護(hù)，防止對地(GND)短路。
AD8210等集成器件可提供高電壓接口，并能夠在分流電阻上進(jìn)行雙向電流監(jiān)控，從而簡化高端電流監(jiān)控。它具有高共模抑制(CMR)特性和出色的溫度性能，可在應(yīng)用中實現(xiàn)最佳精度。該器件放大經(jīng)分流電阻流至負(fù)載的電流，并提供以地為參考、與負(fù)載電流成比例的輸出電壓。
在采用雙電源的應(yīng)用中，AD8210的輸出可以驅(qū)動AD8274等精密、低失真差動放大器，如圖1所示。AD8274可提供額外增益，并以所需的輸出共模電壓為中心實現(xiàn)AD8210輸出電平轉(zhuǎn)換，這有利于與使用雙電源的其它電路元件實現(xiàn)接口。精密基準(zhǔn)電壓源AD780提供2.5 V基準(zhǔn)電壓，使AD8210能夠執(zhí)行雙向電流監(jiān)控，同時為AD8274的電平轉(zhuǎn)換功能提供基準(zhǔn)電壓。
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圖1. 利用AD8210、AD8274和AD780實現(xiàn)電流檢測并以GND為中心進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） |
電路描述
流至負(fù)載的電流流經(jīng)電阻RSHUNT。該電阻上的電壓由AD8210以20 V/V的增益放大。AD8210可以承受?2 V至+65 V范圍內(nèi)的輸入共模電壓。它還具有高共模抑制(CMR)特性，即使存在PWM共模信號也能監(jiān)控電流，例如監(jiān)控H-橋配置中受驅(qū)動電機的相位電流。圖2顯示監(jiān)控PWM電機電流時的典型波形，圖3顯示電路過載特征。
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圖2. AD8210輸出電壓與負(fù)載電流成比例，AD8274對AD8210進(jìn)行輸出電平轉(zhuǎn)換 |
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圖3. 過載條件下AD8210和AD8274的輸出電壓 |
AD8210輸出與分流電阻上的電流成比例，其傳遞函數(shù)如下：
AD8210輸出偏置2.5 V，將兩個 VREF引腳與2.5 V精密基準(zhǔn)電壓源AD780相連即可實現(xiàn)。這樣，AD8210便能夠雙向監(jiān)控流經(jīng)分流電阻的電流。當(dāng)電流從正輸入端流至負(fù)輸入端時，輸出變?yōu)?.5 V以上的正電壓。當(dāng)電流反向流動時，輸出變?yōu)?.5 V以下的負(fù)電壓。AD780輸出端也與AD8274負(fù)輸入端相連，確保AD8274輸入具有與AD8210相同的共模電壓。AD8274的正輸入端直接與AD8210輸出端相連。AD8274采用±15 V電源供電，并且配置為同相2倍增益模式。它計算其兩個輸入之間的差值，并采用2倍增益。
由于兩路輸入均以2.5 V為中心，因此AD8274僅放大差值，由此可獲得該系統(tǒng)的輸入至輸出傳遞函數(shù)：
將引腳3與GND相連，AD8274的輸出共模電壓可設(shè)置為0 V。因此，輸出電壓的正負(fù)取決于分流電阻上負(fù)載電流的方向。
本電路提供了一種簡單、精確的電流監(jiān)控解決方案。AD8210可消除高共模電壓，僅放大分流電阻上的小電壓，從而提供以所施加的2.5 V基準(zhǔn)電壓為中心的輸出電壓。利用AD8274則能輕松地與電路中采用雙電源供電的其它器件實現(xiàn)接口。它可消除AD8210的2.5 V共模偏移，并相對于GND轉(zhuǎn)換AD8210的輸出電平。
1 μF電容用來對AD780輸入與輸出引腳之間的基準(zhǔn)電壓源去耦。應(yīng)將一個0.1 μF低電感陶瓷去耦電容（圖中未顯示）與VS相連，并使其非?？拷@兩個IC。典型的去耦網(wǎng)絡(luò)由一個1 μF至10 μF電解電容和一個0.1 μF低電感陶瓷MLCC型電容并聯(lián)構(gòu)成。
為了使本文所討論的電路達(dá)到理想的性能，必須采用出色的布局、接地和去耦技術(shù)（請參考教程MT-031和教程MT-101）。至少應(yīng)采用四層PCB：一層為接地層，一層為電源層，另兩層為信號層。
常見變化
AD8274具有較寬的電源電壓范圍，可以采用±5 V等較低電壓雙電源供電。上述電路應(yīng)用選擇增益2來提供最寬的動態(tài)范圍，但根據(jù)用戶的需求不同，也可以將AD8274配置為增益為?的差動放大器。諸如AD8271和AD8276等其它差動放大器可以提供單位增益的精密電平轉(zhuǎn)換。
基于AD8210的5 V電源建立電阻分壓器后，也可以獲得2.5 V基準(zhǔn)電壓。由于必須采用低阻抗源才能保持?jǐn)?shù)據(jù)手冊中規(guī)定的增益和失調(diào)額定值，因此必須用緩沖器來驅(qū)動AD8210和AD8274的基準(zhǔn)電壓引腳。
AD780是一款超高精度基準(zhǔn)電壓源，在全部溫度、負(fù)載和線路條件下均具有出色的輸出穩(wěn)定性。在誤差預(yù)算稍高的應(yīng)用中，也可以使用ADR421或ADR03等成本較低的基準(zhǔn)電壓源。
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