用于電流檢測(cè)放大器的差分過(guò)壓保護(hù)電路
對(duì)于電機(jī)控制或電磁控制應(yīng)用中使用的許多電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，惡劣的環(huán)境是現(xiàn)實(shí)的。控制電動(dòng)機(jī)和螺線管的電子設(shè)備必須非常靠近用于產(chǎn)生最終應(yīng)用所需的物理運(yùn)動(dòng)的高電流和高電壓。除了接近性之外，這些系統(tǒng)通常也是可維修的（例如，可能雇用技術(shù)人員來(lái)更換洗碗機(jī)電磁閥的控制器板），這留下了無(wú)意的接線錯(cuò)誤的可能性。接近高電流和高電壓，加上可能出現(xiàn)錯(cuò)誤接線，需要采用包含過(guò)壓保護(hù)的設(shè)計(jì)。
為了創(chuàng)建高效安全的系統(tǒng)，精密電流檢測(cè)放大器監(jiān)控這些應(yīng)用中的電流。精密放大器電路需要設(shè)計(jì)成能夠防止過(guò)壓條件，但這些保護(hù)電路可能會(huì)影響放大器的精度。
通過(guò)適當(dāng)?shù)?a href=http://www.zskn.com.cn/tags-etagid14-0.html target=_blank class=infotextkey>電路設(shè)計(jì)，分析和驗(yàn)證，可以在保護(hù)和準(zhǔn)確性之間取得平衡。本文討論了兩種常見(jiàn)的保護(hù)電路，以及這些電路的實(shí)現(xiàn)如何影響電流檢測(cè)放大器的精度。
電流檢測(cè)放大器
大多數(shù)電流檢測(cè)放大器能夠處理高共模電壓（CMV），但不能處理高差分輸入電壓。在某些應(yīng)用中，存在分流器處的差分輸入電壓超過(guò)放大器的指定最大電壓的情況。這在工業(yè)和汽車電磁閥控制應(yīng)用（圖1）中很常見(jiàn)，其中可能出現(xiàn)由短路引起的故障狀況，使電流檢測(cè)放大器暴露于可能達(dá)到與電池相同電位的高差分輸入電壓。這種差分過(guò)壓會(huì)對(duì)放大器造成損壞，特別是在沒(méi)有保護(hù)電路的情況下。
圖1.電磁閥控制應(yīng)用中的高端電流檢測(cè)。
過(guò)壓保護(hù)電路
圖2顯示了電流檢測(cè)放大器的過(guò)壓保護(hù)的基本連接。當(dāng)差分輸入電壓超過(guò)給定放大器的最大額定值時(shí)，放大器可能開(kāi)始將電流拉入內(nèi)部保護(hù)二極管。如果輸入引腳之間存在較大的差分電壓信號(hào)，額外的串聯(lián)電阻R1和R2可防止大電流流向內(nèi)部保護(hù)二極管。
圖2.基本過(guò)壓保護(hù)電路。
保護(hù)電路容許的最大額定電壓和最大輸入電流都因器件而異。作為一般經(jīng)驗(yàn)法則，將通過(guò)內(nèi)部差動(dòng)保護(hù)二極管的電流限制在3 mA，除非有規(guī)格表明可以接受更大的值。給定此值，使用以下等式計(jì)算R1和R2的值：
其中：VIN_MAX是預(yù)期的最大差分電壓。VRATED_MAX是最大額定電壓（0.7 V）。R是總串聯(lián)電阻（R1 + R2）。
例如，如果預(yù)期的最大瞬態(tài)輸入電壓為10 V，則等式為
如果R =3.1kΩ，那么基于公式1，R1和R2 =1.55kΩ。
相對(duì)于某些放大器的輸入阻抗，R1和R2的這些值是顯著的，并且可能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的誤差。
降低R1和R2值的一種方法是在輸入引腳上增加具有更高電流能力的外部保護(hù)二極管，如圖3所示。
圖3.帶外部輸入差動(dòng)保護(hù)二極管的過(guò)壓保護(hù)電路。
例如，當(dāng)使用可處理高達(dá)500 mA正向電流的Digi-Key B0520LW-7-F肖特基二極管時(shí)，R的值降至20Ω。
系統(tǒng)性能的權(quán)衡
在放大器的輸入端添加串聯(lián)電阻會(huì)降低某些性能參數(shù)。在某些放大器中，R1和R2與內(nèi)部精密電阻串聯(lián)。在其他放大器中，偏移電流與電阻一起工作以產(chǎn)生偏移電壓。更可能受影響的參數(shù)是增益誤差，共模抑制比（CMRR）和偏移電壓。
為了檢查串聯(lián)電阻的潛在影響，測(cè)量了兩個(gè)在輸入引腳配置有保護(hù)電阻的電流檢測(cè)放大器。用于評(píng)估增益誤差，CMRR和失調(diào)電壓的測(cè)試設(shè)置如圖4所示。該設(shè)置使用Agilent E3631A電源為器件提供5 V單電源，Yokogawa GS200精密直流電源，用于差分輸入電壓信號(hào)，用于設(shè)置CMV的HAMEG HMP4030，以及用于測(cè)量電流檢測(cè)放大器輸出電壓的Agilent 3458A精密萬(wàn)用表。
圖4.用于評(píng)估增益誤差，CMRR和偏移電壓的測(cè)試設(shè)置。
這倆 AD8210和評(píng)估AD8418以測(cè)量附加串聯(lián)電阻對(duì)器件的增益誤差，CMRR和偏移電壓參數(shù)的影響。
增益錯(cuò)誤
當(dāng)串聯(lián)電阻與放大器的輸入串聯(lián)時(shí)，它們與放大器的差分輸入阻抗形成電阻分壓器。電阻分壓器會(huì)在電路級(jí)引入衰減，作為額外的增益誤差。具有較低差分輸入阻抗的放大器的附加增益誤差將更大。
表1列出了AD8210的計(jì)算附加增益誤差和實(shí)際增益誤差。AD8418在使用和不使用保護(hù)電路的情況下進(jìn)行了測(cè)試。表2顯示了計(jì)算出的附加增益誤差和放大器的實(shí)際增益誤差。
| R1（Ω） | R2（Ω） | 額外 增益誤差（％） |
實(shí)際增益 （V / V） |
實(shí)際增益 誤差（％） |
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