一種高端大電流檢測(cè)放大器電路的設(shè)計(jì)
在電信和其它使用高電壓負(fù)電源軌的場(chǎng)合，可將一個(gè)儀表放大器與獨(dú)立元件簡(jiǎn)單結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大電流檢測(cè)以保護(hù)電路。高端大電流檢測(cè)放大器(CSA)主要用于正電源軌電流監(jiān)測(cè)。
然而，諸如ISDN和電信電源類應(yīng)用需要采用工作在負(fù)電源軌的CSA。設(shè)計(jì)負(fù)電源軌CSA的一種方法是使用一個(gè)精密儀表放大器IC和幾個(gè)分立元件。
以前有一篇文章討論了一種類似方法，就是采用一個(gè)雙電源運(yùn)放檢測(cè)-5V電源軌的電流。不過在該文中，設(shè)計(jì)擴(kuò)展到了使用了一個(gè)工作在單電源軌的放大器IC來(lái)檢測(cè)非常高的負(fù)軌電壓。本文給出的例子雖是針對(duì)-120V電源，但本設(shè)計(jì)可進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)其它電壓水平負(fù)電壓軌的監(jiān)測(cè)。
應(yīng)用示例
圖1為一個(gè)典型電話交換機(jī)功率分布網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。一個(gè)整流器將主電源的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，整流器的直流輸出用來(lái)給一個(gè)48V鉛酸電池充電。此電池通過電話線給用戶電話供電，因此用戶端不必要使用備用電池。
電池極性相連，因此線電壓為負(fù)(-48V)。線電壓為負(fù)能降低潮濕電話線的電化學(xué)反應(yīng)腐蝕。電信網(wǎng)絡(luò)也使用多個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器，從-48V直流輸入得到中間電源軌。這些中間電源軌給電話交換機(jī)、無(wú)線電設(shè)備、路由器、ATX計(jì)算機(jī)及其它電子設(shè)備供電。
如果負(fù)載電流超過最大額定值，故障狀態(tài)就會(huì)發(fā)生，就可能損害電源;因此，需要有輸出保護(hù)。有一種經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)的方法，就是用一個(gè)CSA和一個(gè)功率晶體管構(gòu)成電路斷路開關(guān)。此CSA強(qiáng)化了檢測(cè)電阻上的小電壓降，該檢測(cè)電阻為外加的，與電池串聯(lián)。每當(dāng)電池電流升高到最大額定值時(shí)，電路斷路開關(guān)被觸發(fā)，最大額定值一般為標(biāo)稱電流的120%～140%。
檢測(cè)電阻既可置于負(fù)載和地之間(低端電流檢測(cè))，也可放在負(fù)載和48V電池負(fù)端(高端電流檢測(cè))之間。這兩種備選方法需要在不同方面作出權(quán)衡。低端電阻給對(duì)地路徑上增加了不期望的電阻。此外，不是所有故障都能用低端方案檢測(cè)到。
高端或負(fù)電源電流檢測(cè)必須處理大電源及共模信號(hào)，但這種方法可以檢測(cè)到廣泛存在的接地面的不引人注意的短路所引起的任何故障。本文論述的CSA采用高端方法。
電路描述
圖2的電路為一種實(shí)現(xiàn)負(fù)電源軌電流檢測(cè)框圖。其中采用了一個(gè)儀表放大器，如MAX4460或MAX4208，以及一些分立元件。
MAX4460/MAX4208是采用稱作間接電流反饋的一種新穎架構(gòu)設(shè)計(jì)的儀表放大器。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以使輸入共模電壓范圍包含地(即放大器的負(fù)軌)，這與傳統(tǒng)三運(yùn)放架構(gòu)不同。
在間接電流反饋架構(gòu)中，通過RSENSE的負(fù)載電流在儀表放大器的IN+和IN-間產(chǎn)生一差分電壓。該差分電壓通過跨導(dǎo)放大器gM1轉(zhuǎn)化成內(nèi)部差分電流?？鐚?dǎo)相同的跨導(dǎo)放大器gM2的作用是，通過在一個(gè)負(fù)反饋環(huán)內(nèi)使用高增益放大器消除掉此內(nèi)部差分電流。因?yàn)榭鐚?dǎo)匹配，反饋動(dòng)作重建了引腳FB和GND上的IN+和IN-間的輸入差分電壓。
MAX4460的輸出給MOSFETM1提供合適的柵極驅(qū)動(dòng)。電阻R3上的電壓降等于RSENSE上的電壓VSENSE。因此，R3設(shè)置了一個(gè)與負(fù)載電流成比例的電流：
MOSFET的額定漏-源極擊穿電壓必須大于兩電源軌間的總電壓降(本例中為+125V)。選擇R2，使輸出電壓位于后續(xù)電路需要的電壓范圍之內(nèi)，后續(xù)電路通常為一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。R2和R3設(shè)置CSA增益，后面將對(duì)此予以說明。如果此ADC輸入阻抗不高，可以在VOUT端附加一運(yùn)放緩沖。
在電信和其它使用高電壓負(fù)電源軌的場(chǎng)合，可將一個(gè)儀表放大器與獨(dú)立元件簡(jiǎn)單結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大電流檢測(cè)以保護(hù)電路。高端大電流檢測(cè)放大器(CSA)主要用于正電源軌電流監(jiān)測(cè)。然而，諸如ISDN和電信電源類應(yīng)用需要采用工作在負(fù)電源軌的CSA。設(shè)計(jì)負(fù)電源軌CSA的一種方法是使用一個(gè)精密儀表放大器IC和幾個(gè)分立元件。
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