監(jiān)測正電源的電流時,通常使用高邊檢流放大器。然而,對于ISDN、電信電源,通常需要一個工作在負電源的檢流放大器。本文介紹了一種采用MAX4460單電源儀表放大器設計負壓檢流放大器的方法。
圖1所示電路提供了一種負電源電流檢測的原理框圖,利用MAX4460或MAX4208儀表放大器,配合一些分立元件實現(xiàn)。
齊納二極管D1在保證儀表放大器具有足夠的供電電壓的前提下為其提供過壓保護。被監(jiān)測電流通過檢流電阻RSENSE流入負電源。儀表放大器必需采用單電源供電并具有地電位檢測能力。
MAX4460的輸出提供MOSFET M1的柵極驅(qū)動,負反饋環(huán)路確保電阻R3兩端的電壓等于RSENSE兩端的電壓VSENSE。相應地,由R3建立與負載電流成正比的電流:
IOUT = (ILOAD × RSENSE)/R3 = VSENSE/R3 (1)
R2的選擇需保證輸出電壓在后級電路(通常是ADC)所要求的電壓范圍內(nèi)。漏源擊穿電壓需要高于兩個電源電壓的和(這里為+125V)。如果ADC不是高阻輸入,則在輸出VOUT端需要加一個額外的緩沖放大器。如果在故障情況下,檢測電流上升到額定值以上,輸入電壓變成負值。二極管D2可以將輸出端的負壓限制到一個二極管的壓降,為后級ADC提供保護。
上述設計可以很容易地用于高壓、負電源的電流檢測。選擇-120V作為負電源,按照以下步驟設計,即可獲得不同電源電壓下的電流檢測放大器。
給齊納管提供一個偏壓,使其工作在傳輸特性上動態(tài)電阻較低的工作點(例如,在其進入反向擊穿的區(qū)域),這樣可以消除PSRR誤差。齊納電壓在靠近擊穿電壓的位置不是很穩(wěn)定。通常將偏置點設置在額定功率規(guī)定的最大電流的25%。這個偏置點具有較低的動態(tài)電阻,而且不會消耗很大功率。按照下式選擇電阻R1,使電路工作在所要求的偏置點。
IR1 = ( VCC + |VNEG| - VZ )/R1 = IS + IZ (2)
其中:VCC是正電源電壓,VZ是齊納管穩(wěn)定電壓,|VNEG|是負電源電壓絕對值,IS是MAX4460的電源電流,IZ是流過齊納管的電流。
R1必須具有適當?shù)念~定功率,能夠承受兩端的高壓。也可以利用串、并組合降低對電阻額定功率得要求。
選擇N溝道MOSFET或JFET時,需保證漏源之間的額定擊穿電壓大于|VNEG| + VCC。這一點對于負壓較高的情況非常重要。
選擇RSENSE時,需保證滿量程電壓,RSENSE兩端的檢測電壓,小于等于100mV。
R3的選擇比較靈活,主要受以下2個條件的影響:
(1)R3減小時,從式1可以看出,對于固定增益,功耗將增大。
(2)FET的熱噪聲和漏電流決定了選擇R3的上限。
選擇R2和R3的電阻比等于檢流放大器的電壓增益,輸出電壓為:
VOUT = VCC - IOUT × R2 (3)
從式1和式3可以得到:
VOUT=VCC-(VSENSE×R2/R3)
對于VSENSE:
電壓增益,Av = -R2/R3 (4)
負號表示輸出電壓與輸入檢測電壓是反相關系。從式4可以求解得出R2。
圖4給出了輸出電壓與檢測電壓的對應關系。以下典型參數(shù)用于檢流放大器的推導:
輸入失調(diào)電壓 = (5 - 4.9831)/49.942= 338mV
增益= -49.942
本文介紹了用精密儀表放大器MAX4460實現(xiàn)負電源電流檢測的方案??梢愿鶕?jù)上述設計步驟重新設計電路,用于監(jiān)測不同的負壓電源。
參考文獻
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