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- 4.3.3.2 电流检测放大器
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特殊运算放大器(四)
电流检测放大器
位于书本的4.3.3节
对于电流的高侧检测
除了我们前面学到的差分放大器以外
还有一类是高耐压晶体管构成的专用电流检测放大器
那么通过电阻和高耐压晶体管
我们可以将采样电阻上的电压信号
转变成电流进行输出
那么电流呢再经过电阻 R2 呢就可以转变为电压输出
它的输入输出关系推导是这样的
输出电流 IOUT 是等于
运放上的 IF 电流
也等于 IRIN 这个电流
这个地方因为没有电流
那么 IRIN
它等于 VSENSE /RIN
这点电压和这点电压相等
相当于连起来了
所以 RIN 上的电流就等于 VSENSE /RIN
好,VOUT 呢当然就等于 IOUT·ROUT
那么包括差分放大器在内
基于差分放大的原理的电流检测适用于所有场合
但是我们究竟是选择差分放大型
还是高耐压晶体管型的电流检测放大器呢
两种电流检测放大器主要对比如表所示
那么对于高压晶体管型它只有一个缺点
就是输入过压问题
我们前面讲过差分放大器由于它有分压网络
它可以把高压隔绝在电阻之前
真正进到运放里的电压并不高
它就有这样一个优点
但是高压晶体管型呢
它的优点是速度快
它的带宽要比差分放大型要高
而且呢它的增益都是可调的
我们来进行选型
对于电流感应放大器分成四大类
最常用的一类呢就是直接输出
调理好的电流或电压信号
其中呢电压输出呢增益多数是固定的
基于差分放大原理和高压晶体管原理都有
而电流输出的都是增益可调的
多基于高压晶体管的原理
我们主要关注的参数有
共模电压的输入范围
正负都要关注
待测信号的带宽
增益的大小固定还是可调
或者是某种增益
那么输入给电流检测放大器的输入端
+IN 和 -IN 它们的差值肯定是很小的,这不会有问题
但是它们本身确实都可能很大
共模信号很大,这会损害芯片
所以呢我们需要关注
其中呢电流 IS 的方向不仅仅是上面画的从左向右
它也有可能是交流的
所以我们不仅关注输入信号的共模信号的最大值
也会关注它的最小值是多少
比如这个
负的能到多大
高带宽的电流检测放大器多为高压晶体管拓扑的
如果输出为电流的话那增益肯定就是可调的
通过电流流过电阻 RL就转化为电压
那么电流输出也有缺点
在变化为电压信号的时候
这个 RL 实际上成为了信号的内阻
那么我的 VOUT 后面再接的电路
就是一个高内阻的信号
我后面也只能接输入阻抗非常大的后续电路
所以当我们其它参数都满足条件的时候呢
我们其实应该尽量选择增益合适的电压输出型
这样我得到的电压直接是低内阻的
而不是通过电流,再通过电阻得到的高内阻信号
如果我既要增益可调又需要输出阻抗低
可以选择 LMP8645 这样的电压输出可调型的
那么它的原理其实也很简单
就是内部呢增加了一个缓冲器来减小阻抗
它依然是晶体管接一个 RG 来调节
把电流转换成电压
所以我加了一个缓冲器
那么第二类电流检测放大器后面呢
实际上是接了一个比较器
用于过阈值保护
在某些场合呢它使用起来更为方便
第三类电流检测放大器内部呢
它集成了 ADC
不需要你后一步再采样
它输出的数字信号
两线通信协议那种
第四种呢
则是把分流器也给集成到芯片里面来了
这种结构呢 TI 只有一款产品 INA250
我们看一下
它集成了 2mΩ 的检流电阻在这个位置
它的拓扑呢是差分放大拓扑的
子型号,这一子型号
决定它的增益到底是多少
不可调
本课小结
好
分流信号的高侧放大方法
那么呢对于高压晶体管型
就是把
采样电阻上电压信号转变为
与之正比的电流输出
那么接上一个采样电阻 ROUT
就可以得到 VOUT
那么高压晶体管型和差分放大型电流检测方法去对比
对于差分放大器来说
它最大的优点就是它有分压网络在前面
输入的高压先经过降压以后才输入
所以它呢能够测量的电压比较高
安全
那么对于高压晶体管型呢
它最大优点就是速度快
适用于测量瞬时电流
而且呢它都是可调的
电流检测放大器的选型
最普通的
输出调理好的直流
调理好的电压或者电流的这种是最常见的
然后为了方便的使用呢还会有这种后接比较器
作保护用的
内部集成了 ADC
直接输出数字信号给你的
内部集成了采样电阻的
好,这节课就到这里
课程介绍
共计80课时,9小时48分45秒
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