具有電流檢測(cè)功能和開爾文連接的電源提升電路

本文介紹高電流軌到軌運(yùn)算放大器AD8397如何將可調(diào)電壓源的電流提升至最高±750 mA。緩沖電壓可以用作電源或基準(zhǔn)源。開爾文連接可消除阻性損耗。該技術(shù)可提供精確的電壓，并允許利用檢測(cè)電阻測(cè)量電流。

圖1. AD8397用作電源提升電路

圖1顯示為待測(cè)器件(DUT)提供電源的電路。AD8397用于緩沖電源電壓，并向DUT提供電源，其閉環(huán)增益配置為1。該放大器的負(fù)反饋和開環(huán)增益使反相輸入端與同相輸入端的電壓相等。如果緩沖電壓遠(yuǎn)高于運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，誤差則可以忽略不計(jì)。DUT負(fù)載電流由AD8397提供。

電流檢測(cè)電阻R2將該電流轉(zhuǎn)換為電壓，利用儀表放大器很容易測(cè)量該電壓。這種檢測(cè)技術(shù)允許利用不同提升電路多次緩沖一個(gè)電壓，并單獨(dú)測(cè)量每個(gè)電流。R2的值不影響放大器的動(dòng)態(tài)特性，但會(huì)限制其裕量。圖2顯示隨著電路驅(qū)動(dòng)的電流增大，輸出電壓的變化情況。本例中，電源電壓為15 V，R2為10 Ω，DUT所需電源電壓為6 V和9 V。此圖顯示，對(duì)于6 V情況，電路在約650 mA時(shí)飽和;對(duì)于9 V情況，電路在約500 mA時(shí)飽和。

圖2. DUT電源電壓和AD8397輸出電壓與輸出電流的關(guān)系

較小的電阻R2可提高放大器的裕量，但較大的電阻有助于保護(hù)電路，防止意外的電流過驅(qū)損壞緩沖器。隨著電流增大，放大器的輸出電壓上升，直到輸出飽和或者放大器受損。該電阻越大，輸出飽和得越快，從而使功耗處于易控水平。放大器正常工作時(shí)的功耗也必須予以考慮，AD8397只能短時(shí)驅(qū)動(dòng)750 mA電流而不會(huì)受損。

緩沖DUT電源電壓利用電容C2去耦。此電容與電阻R2一起構(gòu)成一個(gè)反饋極點(diǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致電路不穩(wěn)定。為了解決這一問題，可以提高系統(tǒng)的閉環(huán)增益，從而提高相位余量，使環(huán)路保持穩(wěn)定，但可以緩沖的電壓幅值將受到輸出擺幅的限制。

由R1和C1組成的網(wǎng)絡(luò)可提高高頻時(shí)的閉環(huán)增益，同時(shí)維持低頻時(shí)的單位增益。R2與R1的比值決定系統(tǒng)的高頻閉環(huán)增益。增益越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定。電容C和電阻R1設(shè)置單位增益變?yōu)榉菃挝辉鲆娴念l率。為了保持穩(wěn)定，此轉(zhuǎn)折頻率應(yīng)比放大器的交越頻率至少低10倍1。采用圖1所示的值時(shí)，該提升電路在保持單位增益穩(wěn)定的同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)最高10 nF的負(fù)載。

將反相輸入端(檢測(cè))和AD8397輸出(強(qiáng)制)分別連接至DUT，可以形成開爾文連接，如圖1所示。這將強(qiáng)制放大器輸出為某一電壓，以補(bǔ)償反饋路徑中高電流引起的阻性損耗。檢測(cè)線路中流過的電流非常小，因此反相輸入端會(huì)隨同相輸入端變化。這一技術(shù)可以使DUT電源引腳保持在所需的電壓值。

AD8397可以提供源電流和吸電流，因此它也可以用來(lái)產(chǎn)生DUT的負(fù)電源。

圖3. AD8397用作基準(zhǔn)電壓源，其電壓為供電電壓中間值

對(duì)于采用單電源供電的DUT，AD8397也可以用作電壓為供電電壓中間值的基準(zhǔn)電壓源，如圖3所示。此時(shí)，AD8397緩沖電阻分壓器所確定的一半電源電壓。放大器可以提供源電流和吸電流，同時(shí)使中間電源電壓保持恒定。為了獲得雙向電流，AD8397必須采用單電源供電。為了對(duì)中間電源電壓去耦，需要使用上述補(bǔ)償技術(shù)。開爾文連接和/或電流檢測(cè)電阻同樣可以實(shí)現(xiàn)。