简易型高电压电流检测终得实现

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1、简易型高电压电流检测终得实现凌力尔特公司BrendanWhelan、GlenBrisebois、AlbertLee和JonMunson高电压承受能力、灵活性和准确度LT6100和LTC6101是高电压、精准、高压侧电流检测放大器。它们所采用的简单架构使其具备了灵活性和易用性，而精心的设计则令其可靠且坚固。主要特点包括高电源范围、用户可配置增益、低输入电流、高PSRR和低失调电压。这些特点使得LT6100和LTC6101成为精准的工业和汽车感测应用以及电流过载保护电路的完美选择。LT6100的工作电压可高达48V，其使用较之L

2、TC6101更为简单，几乎不需要外部元件，吸取的功率极少，并可承受诸如分离输入、断电和电池反向等多种异常条件。LTC6101是这两款器件中速度较高的一个，工作电压可高达70V，而且在灵活性上更胜一筹，并具有用于设置增益的外部电阻器。这两款器件均可采用多种小型封装。电流检测的工作原理实现电流检测的常用方法有两种。一种方法利用的是磁性原理，其结构是采用磁导材料来把磁场耦合至一个线圈或霍尔效应（Hall-effect）传感器而形成的。不必直接插入被测电路，而线圈型捡拾法固有地无法提供任何的DC信息（但采用特殊的“磁通量闸门”技术是

3、可以的），而且，对于大多数DC测量而言，霍尔传感器在准确度和灵敏度上往往有所欠缺。另一种方法是在负载通路上布设一个已知的“检测”电阻，由此产生一个与负载电流成正比的小幅压降。一般来说，检测电阻器的优选连接方法是将其布设在电路的电源侧，这样就能够保持常用的接地法并检测负载故障。在正电源电位的场合，这种连接方式通常被称作“高压侧”检测配置，如图1所示。这意味着从检测放大器的角度来看，检测电压就是一个大共模信号上的小差分信号，这就对实现方案提出了独特的要求，旨在保持准确度和动态范围。1图1：典型的高压侧电流检测电路传统“自成体系”

4、式的解决方案采用的是运算放大器或仪表放大器，但这些放大器常常在工作的电压范围上存在一定的局限性和/或需要采用许多附加元件来执行电压变换功能以产生一个以地为基准的读出信号。采用LT6100和LTC6101可实现好得多和简单得多的解决方案，从而满足大多数的高压侧电流检测要求。这些及其他电流检测解决方案的索引见表1。如需了解那些由专用芯片或芯片组来完成电流检测的应用，请参见表2。密切注意电流检测误差源和所有的传感器设计一样，存在几个需要加以考虑的潜在误差源。电路的准确度在很大程度上取决于检测电阻器阻值已知精确度。检测电阻器本身定义

5、了会引发误差的容差和温度相关性。测量通路中的杂散电阻或大dI/dt环路也会导致误差增加。重要的是正确实现至检测电阻器的开尔文（Kelvin）连接，以最大限度1地减轻这些影响。除了检测电阻之外，最值得注意的误差源就是检测放大器的电压失调，因为它会在测量中产生一个与电平无关的不确定性。对于在远远低于最大设计值的电流水平上进行的准确度保持来说，这一点尤其重要。在某些应用中，人们希望通过校准来去除该项的静态分量（例如：采用软件），但是，这种方法有时并不可行。另一个需要考虑的误差源是所有电阻器的容差，在设定比例因子的过程中有2可能需要

6、这些容差。这会与检测电阻器和开尔文连接容差一起对全标度不确定性产生影响。对于LT6100来说，调节电阻器均集成于芯片之上，因此对容差进行了精确的定义并在产品数据表规格中做了说明。而对于LTC6101而言，调节准确度是由用户所选择的电阻器来严格设定的，因而允许针对特殊的要求进行优化。LT6100的工作原理图2示出了在一个100mΩ检测电阻器两端进行检测的LT6100电路简图。检测电阻器两端的差分电压是借助运算放大器A1的作用并通过Q1的集电极施加在内部电阻器RG2之上的。于是，流过RG2的合成电流为I=VSENSE/RG2，而

7、且，该电流将流经Q1和RO。产生于RO两端的电压为RO·VSENSE/RG2。但是，由于RO的阻值是RG2的10倍，所以，电压就是10·VSENSE。至此，这产生了数值为10的LT6100固有增益。包括运算放大器A2的下一级电路为设计师提供了通过将引脚A2和A4接地和浮置或连接至输出端来选择更多增益的灵活性。可在此设定数值为1、1.25、2、2.5、4和5的增益，以实现数值为10、12.5、20、25、40和50的整体增益。在这两级电路之间布设了串联电阻器RE，以通过在FIL引脚上增设一个电容器来实现简单的低通滤波处理。图2

8、：LT6100简化示意图1有关该主题的深入阐述请参见《凌力尔特杂志》2003年9月号第34～35页上的“UsingCurrentSensingResistorswithHotSwapControllersandCurrentModeVoltageRegulators”（采用电流检测电阻器以