通過MAX4460單電源儀表放大器進行電流檢測的方法

高端電流檢測放大器主要用于監控來自正電源軌的電流。然而，ISDN和電信電源等應用需要以負電源軌工作的電流檢測放大器。本應用筆記介紹了一種設計負軌、電流檢測放大器的方法。

應用示例

圖1.電話中央交換機、電源系統框圖。

圖1顯示了典型電話交換機中配電網絡的框圖。整流器將電源上的交流電轉換為直流電，整流器的直流輸出用于為48V鉛酸電池充電。電池通過電話線為用戶電話供電。電池極性連接，使線路電壓為負（-48V）。負線路電壓有助于減少濕電話線上發生的電化學反應引起的腐蝕。電信網絡還使用多個 DC-DC 轉換器從 -48V DC 輸入派生中間電源軌。中間電源軌為電話交換機中的交換機、無線電、路由器、ATX 計算機和其他電子設備供電。電流檢測放大器通過監視-48V電源電流來監控系統運行狀況。

電路說明

圖2.采用MAX4460的負軌、電流檢測放大器

圖2中的電路顯示了負軌電流檢測模塊的實現方案。它使用儀表放大器，如MAX4460或MAX4208和一些分立元件。

齊納二極管，D1，保護儀表放大器免受過壓損壞，同時為其工作提供足夠的電源電壓。待監控的電流通過檢測電阻R流向負電源意義.儀表放大器必須采用單電源供電，并以接地檢測能力工作。

MAX4460的輸出為MOSFET M提供柵極驅動1.負反饋確保電阻R兩端的壓降3等于 V意義、R 兩端的電壓意義.因此，R3設置與負載電流成比例的電流：

IOUT = (ILOAD × RSENSE)/R3 = VSENSE/R3 (Eq. 1)

R2的選擇使輸出電壓位于以下電路（通常是ADC）的所需范圍內。MOSFET 的漏源擊穿電壓額定值必須超過兩個電源軌之間的總壓降（+125V）?？稍?V 電壓下使用額外的運算放大器緩沖器外如果ADC沒有高阻抗輸入。 如果在故障條件下檢測電流增加到額定值以上，則輸出電壓變為負值。二極管 D2通過將輸出端的負電壓限制在一個二極管壓降，保護ADC免受損壞。

設計步驟

上述設計可輕松調整，以增加高壓、負電源、電流檢測監控功能。選擇-120V作為負電源軌說明了這種靈活性。通過使用以下簡單步驟，可以為不同的電源軌設計電流檢測放大器。

1. 指定齊納穩壓器

重要的是將齊納二極管偏置在其傳輸特性中的某個點上，該點具有低動態電阻（即，很好地進入其反向擊穿區域），以防止PSRR誤差。圖3顯示了配置為反向偏置的標準齊納二極管的齊納電流與齊納電壓的關系圖。數據顯示，齊納電壓在接近擊穿電壓時沒有得到很好的調節。一般規則是選擇偏置點，使其約為額定功率規定的最大電流的25%。該偏置點可提供低動態電阻，而不會浪費太多功率。根據以下公式選擇電阻R1，將偏置點設置為所需值：

IR1 = (VCC + |VNEG| - VZ)/R1 = IS + IZ （公式2）

其中：

VCC= 正電源軌電壓

VZ= 穩定的齊納電壓

|VNEG|= 負電源軌電壓的絕對值

IS= MAX4460的電源電流

IZ= 通過齊納二極管的電流

R1必須具有合適的額定功率，并且能夠承受其兩端的大電壓?；蛘?，可以使用較低功率電阻的串并聯組合來緩解這些限制。

圖3.1N750齊納二極管傳輸特性，VZ= 4.7V。

2. 選擇功率晶體管

n 溝道 MOSFET 或 JFET 的漏源擊穿電壓額定值必須大于 |V地中海|+ V抄送.如果負電源電壓較高，這是一個重要的約束條件。

3. 選擇 R意義

選擇 R意義使滿量程、檢測電壓過 R意義小于或等于100mV。

4a. 選擇 R3

選擇 R 具有相當大的靈活性3.一個好的選擇受以下兩個觀察結果的影響：

作為 R3減小，公式1意味著對于固定增益，耗散功率增加。

場效應管的熱噪聲和漏電流設定了所選值R的上限3.

4b. 選擇 R2

電阻比R2和 R3等于所得電流檢測放大器的電壓增益。輸出電壓由下式給出：

VOUT = VCC - IOUT × R2 （公式3）

從等式 1 和 3 中我們得到：

VOUT = VCC - (VSENSE × R2/R3)

關于 V 的區分意義:

電壓增益，Av= -R2/R3（公式4）

負號表示輸出電壓和輸入檢測電壓之間的反相關系。根據等式4，R2因此可以確定。

結果

圖4繪制了得到的典型輸出電壓與檢測電壓的函數關系。對于電流檢測放大器，可以推斷出以下典型參數：

折合到輸入端的失調電壓 = （5 - 4.9831）/49.942= 338μV

增益 = -49.942

圖4.輸出電壓隨檢測電壓的變化而變化，T = +25°C。

結論

本應用筆記演示了使用MAX4460等精密儀表放大器對負電壓進行電流檢測。按照上面列出的設計步驟，可以很容易地重新設計所述電路，以監控不同的負電源軌。