滿足現(xiàn)代電動/混合汽車應(yīng)用的充電泵電路

除傳統(tǒng)的鉛酸電池外，現(xiàn)代電動汽車/混合汽車還常常有一個(gè)大電容器(40F或更大)作為備用電源，該電容器安放在后座下面，可確保額外駕駛10～15分鐘的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)駕駛者就能夠到達(dá)下一個(gè)充電站或加油站。

鉛酸電池僅能放電至8V左右，而電容器能放電至0V，電容器的這種能力需要配一個(gè)能測量0V輸入的電流檢測放大器來實(shí)現(xiàn)。

然而，大多數(shù)高端電流檢測放大器工作的共模輸入范圍和電源電壓范圍有限。例如，MAX4081的共模輸入和電源電壓范圍為76V～4.5V。在雙向(充電/放電)電流檢測應(yīng)用中，設(shè)置零負(fù)載電流點(diǎn)(即電壓輸出對應(yīng)零負(fù)載電流，此處VSENSE=0V)時(shí)，通常在參考輸入端(REF) 接一個(gè)外部參考(例如+2.5V)。對于MAX4081，較低的4.5V共模限制常常使其不能用于需要電流檢測接近于地的應(yīng)用中。

設(shè)計(jì)師可通過在電路中接一個(gè)充電泵來解決這個(gè)問題(圖1)。微型充電泵(IC2)的供電電壓為5V，這與電流檢測放大器一樣。充電泵(5V)的輸出用作IC1的“地(GND)”引腳的負(fù)電源電壓。IC1的REFA和REFB接至電路的“地”。

這樣，IC1的內(nèi)部運(yùn)算放大器(A2)就工作于5V電源軌(幅度為10V)，其同相輸入(REF引腳)位于兩軌間的0V。VSENSE=0V時(shí),輸出電壓為0V。VSENSE于是隨負(fù)載電流而增加，根據(jù)器件型號的增益后綴F、T或S的不同，分別產(chǎn)生5倍、20倍或60倍的輸出。這樣，有效共模范圍擴(kuò)展到了0V～+70V，而原始技術(shù)參數(shù)未變(VOS<0.6 mV，增益誤差<0.6%)。

對圖1電路的測試表明，電流檢測放大器的共模電壓(將“地”接至5V)可降至2.8V(圖2)。與之相比，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用(GND接至0V)中的共模電壓可降至+2.3V。然而，將REFA和REFB短接至GND時(shí)，輸出在GND上下的擺幅達(dá)到5V。圖3給出了在整個(gè)檢測電壓范圍內(nèi)共模電壓為0V時(shí)IC1的輸出。

IC1的典型供電電流(103?A)對IC2來說構(gòu)成了一個(gè)小的負(fù)載電流，可防止其輸出端的過載和電壓下降。要特別注意輸出跌至GND以下時(shí)的情況。這時(shí)，負(fù)載電流從IC1的GND端流出，然后流入充電泵，充電泵負(fù)輸出可能因此下降(升向0V)。一個(gè)解決辦法是，可在充電泵中采用更大的電容器或者限制檢測放大器的輸出電壓。