高端電流檢測放大器主要用于監(jiān)控來自正電源軌的電流。然而，ISDN和電信電源等應(yīng)用需要以負(fù)電源軌工作的電流檢測放大器。本應(yīng)用筆記介紹了一種設(shè)計(jì)負(fù)軌、電流檢測放大器的方法。

應(yīng)用示例

圖1.電話中央交換機(jī)、電源系統(tǒng)框圖。

圖1顯示了典型電話交換機(jī)中配電網(wǎng)絡(luò)的框圖。整流器將電源上的交流電轉(zhuǎn)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(fù)（-48V）。負(fù)線路電壓有助于減少濕電話線上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕。電信網(wǎng)絡(luò)還使用多個(gè) DC-DC 轉(zhuǎn)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(jī)中的交換機(jī)、無線電、路由器、ATX 計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備供電。電流檢測放大器通過監(jiān)視-48V電源電流來監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

電路說明

圖2.采用MAX4460的負(fù)軌、電流檢測放大器

圖2中的電路顯示了負(fù)軌電流檢測模塊的實(shí)現(xiàn)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(hù)儀表放大器免受過壓損壞，同時(shí)為其工作提供足夠的電源電壓。待監(jiān)控的電流通過檢測電阻R流向負(fù)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(qū)動(dòng)1.負(fù)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(shè)置與負(fù)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(nèi)。MOSFET 的漏源擊穿電壓額定值必須超過兩個(gè)電源軌之間的總壓降（+125V）。可在 V 電壓下使用額外的運(yùn)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?yōu)樨?fù)值。二極管 D2通過將輸出端的負(fù)電壓限制在一個(gè)二極管壓降，保護(hù)ADC免受損壞。

設(shè)計(jì)步驟

上述設(shè)計(jì)可輕松調(diào)整，以增加高壓、負(fù)電源、電流檢測監(jiān)控功能。選擇-120V作為負(fù)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(shè)計(jì)電流檢測放大器。

1. 指定齊納穩(wěn)壓器

重要的是將齊納二極管偏置在其傳輸特性中的某個(gè)點(diǎn)上，該點(diǎn)具有低動(dòng)態(tài)電阻（即，很好地進(jìn)入其反向擊穿區(qū)域），以防止PSRR誤差。圖3顯示了配置為反向偏置的標(biāo)準(zhǔn)齊納二極管的齊納電流與齊納電壓的關(guān)系圖。數(shù)據(jù)顯示，齊納電壓在接近擊穿電壓時(shí)沒有得到很好的調(diào)節(jié)。一般規(guī)則是選擇偏置點(diǎn)，使其約為額定功率規(guī)定的最大電流的25%。該偏置點(diǎn)可提供低動(dòng)態(tài)電阻，而不會(huì)浪費(fèi)太多功率。根據(jù)以下公式選擇電阻R1，將偏置點(diǎn)設(shè)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(wěn)定的齊納電壓

|VNEG|= 負(fù)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。或者，可以使用較低功率電阻的串并聯(lián)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(fù)電源電壓較高，這是一個(gè)重要的約束條件。

3. 選擇 R意義

選擇 R意義使?jié)M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(dāng)大的靈活性3.一個(gè)好的選擇受以下兩個(gè)觀察結(jié)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(yīng)管的熱噪聲和漏電流設(shè)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(guān)于 V 的區(qū)分意義:

電壓增益，Av= -R2/R3（公式4）

負(fù)號(hào)表示輸出電壓和輸入檢測電壓之間的反相關(guān)系。根據(jù)等式4，R2因此可以確定。

結(jié)果

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

折合到輸入端的失調(diào)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(jié)論

本應(yīng)用筆記演示了使用MAX4460等精密儀表放大器對負(fù)電壓進(jìn)行電流檢測。按照上面列出的設(shè)計(jì)步驟，可以很容易地重新設(shè)計(jì)所述電路，以監(jiān)控不同的負(fù)電源軌。