浅谈如何在高压上桥臂电流检测中发挥低压高精度运放的性能

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标签:电流检测(83)高压(123)
前言
  上桥臂电流检测通常采用支持扩展共模电压的专用器件,但是专用器件也有自身的限制,例如,当共模电压高于100V时,专用运放还能精确地测量电流吗?传统5V运放似乎完全不适用这种测量。但是,在增加几个外部器件后,我们将会发现,低压运放完全可以精确地测量上桥臂电流,而且没有任何共模电压限制。
  电路示意图及原理简介
  本文所讨论的应用设计是测量150V工业电机控制器的电流。如图1所示,为能够精确地测量很小的电流值,我们使用了一个分流器配合一个高精度5V运放。
  浅谈如何在高压上桥臂电流检测中发挥低压高精度运放的性能
  图1:典型应用
  难道150V输入电压不会烧毁运放吗?如果V1电压是用于给第一级运放OP_A提供正电压(Vcc_H),就不会发生这种情况。
  如果连接一个击穿电压为4.7V的齐纳二极管,则会为第一级运放OP_A生成负电压 (Vcc_L)。这样,OP_A的电源电压是4.7V,是Vcc_L=145.3V与 Vcc_H=150V的差值。
  电阻Rz为齐纳二极管提供偏置电流(~5mA),并为运放的偏置电流提供回路(~40µA)。
  Vsense是电流经过电阻Rsense时产生的电压,被电阻R1、R2、R3和R4放大。
  P-MOSFET(BSP2220)输出高精度电流,与流经Rsense的电流成正比;该电流经过R4电阻时生成对地电压Vo,与上桥臂电流成正比。第一级的输出电压可由下面的方程式1得出:
  Vo=VsenseR1R4R3.(R1+R2+R3) (1)
  第二级运放OP_B用于抑制Vo电压。在加装电阻R5后,当启动阶段有大电流经过输入引脚时,可以保护OP_B的内部ESD二极管。
  电机控制电路消耗的最大电流是100A。因此,使用一个100µΩ分流器时,Vsense最大值为10mV。最大输出电压取决于Vsense电压和R4上的最终输出电流。因为由微控制器的ADC来处理,所以最大输出电压Vo必须高于3.3V。
  为确保系统正常工作,必须仔细选择这些器件参数。为了使OP_A输出不饱和,在选择参数时必须保证|Vgs|电压值很小。
  因为Ids保持低电流有助于实现这个目标,所以我们选择一个高电阻的R4。
  为避免运放输出饱和,第一级运放OP_A的增益由R2/R1比确定,不应该过高。

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