帶有輸入串聯(lián)電阻的電流檢測(cè)放大器的性能

從功能上來(lái)說(shuō)，電流檢測(cè)放大器可看成一個(gè)輸入級(jí)浮置的儀表/差分放大器。這就是說(shuō)，即使僅采用VCC = 3.3V或5V單電源供電，器件仍然能夠?qū)材ｋ妷哼h(yuǎn)大于電源電壓的輸入差分信號(hào)進(jìn)行放大。例如，電流檢測(cè)放大器的共模電壓可高達(dá)28V (MAX4372和MAX4173)和76V (MAX4080和MAX4081)。

電流檢測(cè)放大器的這一特性對(duì)高邊電流檢測(cè)應(yīng)用非常有用，在這些應(yīng)用中需要放大高壓線路上檢測(cè)電阻兩端的小信號(hào)電壓，并將放大的電壓反饋至低壓ADC或低壓模擬控制環(huán)路。在這類應(yīng)用中，通常需要在源端對(duì)電流檢測(cè)信號(hào)(如檢測(cè)電阻兩端的信號(hào))進(jìn)行濾波。該部分電路即可采用差分濾波器(圖1)實(shí)現(xiàn)，以平滑負(fù)載電流“尖峰”并對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)；也可采用共模濾波器(圖2)實(shí)現(xiàn)，以增強(qiáng)ESD性能，并抑制共模電壓峰值和瞬時(shí)過(guò)壓。設(shè)計(jì)上述濾波器時(shí)必須正確選擇器件參數(shù)，以保證電路正常工作。如果元件值選擇不當(dāng)，將會(huì)引入無(wú)法預(yù)料的失調(diào)電壓和增益誤差，從而影響電路性能。

圖1. 差分濾波器的電路圖，可平滑負(fù)載電流尖峰

圖2. 共模濾波器的電路圖，增強(qiáng)了對(duì)ESD尖峰和共模過(guò)壓的抑制能力

確定采用何種濾波器

現(xiàn)在就以圖3所示的MAX4173電流檢測(cè)放大器為例。該器件的檢測(cè)電阻直接與芯片的RS+和RS-端相連。內(nèi)部運(yùn)算放大器使得RG1兩端電壓與檢測(cè)電阻兩端的差分電壓相等，即ILOAD x RSENSE = VSENSE = IRG1 x RG1。然后，電流(IRG1)可通過(guò)內(nèi)部電流鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，從而產(chǎn)生輸出電流IRGD。在MAX4173的內(nèi)部電路中RGD = 12k，RG1 = 6k。

因此，VOUT = RGD x IRGD = RGD x 增益 x IRG1 = RGD x 增益 x VSENSE / RG1

由于RGD和RG1是片內(nèi)電阻，因此，其實(shí)際電阻值通常隨半導(dǎo)體制造工藝的變化最大波動(dòng)可達(dá)