基于最大負載電流IMAX下的滿(mǎn)量程分流電壓的設計電路

一、電路描述

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

圖1：AD629高共模電壓差動(dòng)放大器

在500 Hz時(shí)，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(mǎn)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(wú)法實(shí)現足夠電壓的雙電源，則共模抑制性能會(huì )下降。

圖2：AD629共模電壓范圍與電源電壓的關(guān)系

其次，AD629應僅采用內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(lái)更改增益，則會(huì )因失配誤差而導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，主要用于放大目標信號。

通過(guò)級聯(lián)兩個(gè)增益為–10的反相增益級，AD629的100 mV滿(mǎn)量程輸出會(huì )放大100倍，從而獲得10 V滿(mǎn)量程信號。這些值可以是正值，也可以是負值，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(dòng)，以便測量雙向輸入電流。

在轉換成數字字之前的信號鏈最后一級上，AD8622輸出電壓接受調理，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(gè)可選衰減系數(0.4和0.8)。此外，信號會(huì )轉換成差分形式，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(shí)，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置為2.5 V，而電阻分壓器則由ADR435的5 V基準輸出驅動(dòng)。

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(lái)源上監控雙向電流，且線(xiàn)性誤差小于1%。負載電流通過(guò)一個(gè)電路外部的分流電阻。分流電阻值應適當選擇，使得在最大負載電流時(shí)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(jìn)行衰減(G = 0.4)，將其從單端轉換成差分形式并進(jìn)行電平轉換，使其滿(mǎn)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(kāi)來(lái)。除了隔離輸出數據以外，數字隔離器ADuM5402還為電路提供+5.0 V隔離電源。

AD7170的測量結果利用一個(gè)簡(jiǎn)單的雙線(xiàn)SPI兼容串行接口，以數字代碼形式提供。

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

圖4：高共模電壓雙向隔離式電流監控器(未顯示所有連接和去耦)