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电流驱动电流检测电路

基于运算放大器的电流检测电路并不是新的，它已经存在了一段时间，但很少讨论电路本身。在某个地方，它被非正式地命名为“Current Drive”电路，所以我们暂时称之为。让我们首先深入探讨基本概念，即运算放大器和MOSFET电流源（请注意，如果您不介意基极电流导致的1％误差，也可以使用双极晶体管）。图1A显示了一个基本运算放大器电流源电路。将其颠倒翻转，以便我们可以在图1B中进行高端电流检测，重新绘制在图1C中，以描述我们将如何使用分流电压作为输入电压，最后在图1D中显示最终电路。



图1
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该图描绘了从基本运算放大器电流源到具有电流输出的高侧电流感测放大器的转换。


图2显示了低于运算放大器电源额定值的低电压实现。添加一个用于电压到电流转换的负载电阻，记住你现在有一个高阻抗输出，这可能是你想要最简单的解决方案。
基本电路

图2显示了用于高端电流检测基本实现的完整电路。需要考虑的细节包括：


  • 运算放大器必须是轨到轨输入，或者具有包括正电源轨的共模电压范围。零漂移运算放大器是最小偏移的理想选择。但是，请记住，即使采用零漂移轨到轨运算放大器，通常也会在较高的共模范围内工作，而这种范围通常不是最低偏移的最佳范围。

  • MOSFET漏极上的输出节点在正电压摆幅方面受到限制，该电压摆幅小于分流器所在的电源轨，或换句话说，小于共模电压。添加具有增益的缓冲器可以降低该节点处的电压摆幅要求。

  • 该电路不具有零电压的共模电压能力，这对于在短路期间的低侧感测或电流感测是必需的。在图2的电路中，最大共模电压等于运算放大器的最大电源额定电压。

  • 该电路是单向的，只能测量一个方向的电流

  • 增益精度是RIN和RGAIN容差的直接函数。可以实现非常高的增益精度。

  • 共模抑制比（CMRR）通常由放大器共模抑制能力决定。MOSFET也可以在CMRR中起作用，漏电或其他不良的MOSFET会降低CMRR。



图2
最简单的实现是在其电源额定电压范围内使用运算放大器。这个配置为增益50.增益由RGAIN / RIN设置。


性能增强
完全缓冲输出总是比图2的高阻抗输出更加通用，缓冲器中的微小增益为2会降低第一级和MOSFET的动态范围要求。
在图3中，我们还添加了允许双向电流感测的电路。这里的概念是使用电流源电路（记住图1A？）以及U1非反相输入上的输入电阻（RIN2）等于RIN（在这种情况下它变为RIN1）。然后，该电阻产生电压降以抵消输出，以适应必要的双向输出摆幅。从REF引脚到整个电路输出的增益基于RGAIN / ROS的关系，这样REF输入可以配置为提供单位增益，而不管RGAIN / RIN设置的增益（只要RIN1和RIN2是相同的值），就像传统的差动放大器参考输入一样工作：


注意，在所有后续电路中，双向电路是可选的，并且可以省略用于单向操作。

图3
该版本增加了缓冲输出以及双向传感功能。它提供的参考输入始终以单位增益运行，即使在由RIN1和RIN2值确定的不同增益设置下也是如此。


在高共模电压下使用
通过使电路浮动并使用具有足够额定电压的MOSFET，电流驱动电路几乎可以用于任何共模电压，这已经成为一种非常普遍和流行的应用，电路显示工作电压高达数百伏。该电路的额定电压取决于所用MOSFET的额定电压。
浮动电路包括在放大器上添加齐纳二极管Z1，并为其提供来自地的偏置电流源。齐纳偏置可以像电阻一样简单，尽管作者喜欢电流镜技术，因为它改善了电路容忍负载电压变化的能力。在此过程中，我们在运算放大器上创建了一个电源“窗口”，该窗口在负载电压下浮动。
另一个二极管D1出现在高压版本中。这个二极管是必要的，因为与放大器负电源轨相比，负载初始接地短路会使非反相输入足够负，这会损坏放大器。二极管钳位这种保护放大器的条件。

图4
高压实现将浮动放大器及其齐纳电源“浮动”在负载电压轨上。

其他鲜为人知的电路用途
我不确定是否有人再使用电流感应MOSFET。在几年前的一些实验室研究中，我满意地认为，一旦经过校准，MOSFET电流检测既非常精确又符合线性，尽管它们的温度系数确实约为400 ppm。尽管如此，最佳电路配置迫使感测电极在与MOSFET的源极相同的电压下工作，同时提供其部分电流。图5显示了如何使用当前驱动电路实现此目的。

图5
MOSFET感应FET电路

最后，对于这个电路的一些额外的乐趣，并演示它如何用于“比例”电流看到：使用铜来温度补偿高电流测量


回帖（1）

王栋春

2018-12-7 22:42:58
讲的非常到位呀
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