基于最大負(fù)載電流IMAX下的滿量程分流電壓的設(shè)計電路

一、電路描述

本文電路針對最大負(fù)載電流IMAX下100 mV的滿量程分流電壓而設(shè)計。因此，分流電阻值為RSHUNT = (500 mV)/(IMAX)。圖1所示的AD629是一款內(nèi)置薄膜電阻的差動放大器，支持最高±270 V的連續(xù)共模信號，并可提供高達±500 V的瞬變保護。當(dāng)REF(+)和REF(?)接地時，該器件會將+IN引腳的信號衰減20倍，然后以20倍噪聲增益放大信號，從而在輸出端恢復(fù)原始幅度。

圖1：AD629高共模電壓差動放大器

在500 Hz時，AD629A的最小共模抑制比(CMRR)為77 dB，AD629B。

為了維持理想的共模抑制性能，需要滿足幾項重要條件。首先，器件抑制這些共模信號的能力由電源電壓決定，如圖2所示。如果無法實現(xiàn)足夠電壓的雙電源，則共模抑制性能會下降。

圖2：AD629共模電壓范圍與電源電壓的關(guān)系

其次，AD629應(yīng)僅采用內(nèi)部匹配薄膜電阻在單位增益模式下工作。若使用外部電阻來更改增益，則會因失配誤差而導(dǎo)致共模抑制性能下降。

AD8622是一款CMOS低功耗、精密、雙通道、軌到軌輸出運算放大器，主要用于放大目標(biāo)信號。

通過級聯(lián)兩個增益為–10的反相增益級，AD629的100 mV滿量程輸出會放大100倍，從而獲得10 V滿量程信號。這些值可以是正值，也可以是負(fù)值，具體取決于電流方向。

AD8622的雙電源允許輸入和輸出信號在高于地和低于地之間擺動，以便測量雙向輸入電流。

在轉(zhuǎn)換成數(shù)字字之前的信號鏈最后一級上，AD8622輸出電壓接受調(diào)理，以適合ADC的模擬輸入電壓范圍。圖3所示的“漏斗放大器”AD8475提供兩個可選衰減系數(shù)(0.4和0.8)。此外，信號會轉(zhuǎn)換成差分形式，輸出端的共模電壓則由VOCM引腳上的電壓決定。采用5 V單電源供電時，模擬輸入電壓范圍為±12.5 V(對于單端輸入)。

圖3：AD8475漏斗放大器

如圖4所示，輸出共模電壓由電阻分壓器設(shè)置為2.5 V，而電阻分壓器則由ADR435的5 V基準(zhǔn)輸出驅(qū)動。

電路功能與優(yōu)勢

圖4所示電路能夠在直流電壓高達±270 V的來源上監(jiān)控雙向電流，且線性誤差小于1%。負(fù)載電流通過一個電路外部的分流電阻。分流電阻值應(yīng)適當(dāng)選擇，使得在最大負(fù)載電流時分流電壓約為100 mV。

AD629放大器精確測量和緩沖(G = 1)小差分輸入電壓，并抑制最高270 V的高共模電壓。

雙通道AD8622用于將AD629的輸出放大100倍。AD8475漏斗放大器則對信號進行衰減(G = 0.4)，將其從單端轉(zhuǎn)換成差分形式并進行電平轉(zhuǎn)換，使其滿足AD7170 Σ-Δ型ADC的模擬輸入電壓范圍要求。

電隔離由四通道隔離器ADuM5402提供。這不僅是為了提供保護，而且還可將下游電路與高共模電壓隔離開來。除了隔離輸出數(shù)據(jù)以外，數(shù)字隔離器ADuM5402還為電路提供+5.0 V隔離電源。

AD7170的測量結(jié)果利用一個簡單的雙線SPI兼容串行接口，以數(shù)字代碼形式提供。

這一器件組合實現(xiàn)了一款精確的高壓正負(fù)供電軌電流檢測解決方案，具有器件數(shù)量少、低成本、低功耗的特點。

圖4：高共模電壓雙向隔離式電流監(jiān)控器(未顯示所有連接和去耦)