4.3.3.2 电流检测放大器

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