資料介紹
前言
上橋臂電流檢測通常采用支持擴展共模電壓的專用器件,但是專用器件也有自身的限制,例如,當共模電壓高于100V時,專用運放還能精確地測量電流嗎?傳統5V運放似乎完全不適用這種測量。但是,在增加幾個外部器件后,我們將會發現,低壓運放完全可以精確地測量上橋臂電流,而且沒有任何共模電壓限制。
電路示意圖及原理簡介
本文所討論的應用設計是測量150V工業電機控制器的電流。如圖1所示,為能夠精確地測量很小的電流值,我們使用了一個分流器配合一個高精度5V運放。
圖1:典型應用
難道150V輸入電壓不會燒毀運放嗎?如果V1電壓是用于給第一級運放OP_A提供正電壓(Vcc_H),就不會發生這種情況。
如果連接一個擊穿電壓為4.7V的齊納二極管,則會為第一級運放OP_A生成負電壓 (Vcc_L)。這樣,OP_A的電源電壓是4.7V,是Vcc_L=145.3V與 Vcc_H=150V的差值。
電阻Rz為齊納二極管提供偏置電流(~5mA),并為運放的偏置電流提供回路(~40μA)。
Vsense是電流經過電阻Rsense時產生的電壓,被電阻R1、R2、R3和R4放大。
P-MOSFET(BSP2220)輸出高精度電流,與流經Rsense的電流成正比;該電流經過R4電阻時生成對地電壓Vo,與上橋臂電流成正比。第一級的輸出電壓可由下面的方程式1得出:
Vo=VsenseR1R4R3.(R1+R2+R3) (1)
第二級運放OP_B用于抑制Vo電壓。在加裝電阻R5后,當啟動階段有大電流經過輸入引腳時,可以保護OP_B的內部ESD二極管。
電機控制電路消耗的最大電流是100A。因此,使用一個100μΩ分流器時,Vsense最大值為10mV。最大輸出電壓取決于Vsense電壓和R4上的最終輸出電流。因為由微控制器的ADC來處理,所以最大輸出電壓Vo必須高于3.3V。
為確保系統正常工作,必須仔細選擇這些器件參數。為了使OP_A輸出不飽和,在選擇參數時必須保證|Vgs|電壓值很小。
因為Ids保持低電流有助于實現這個目標,所以我們選擇一個高電阻的R4。
為避免運放輸出飽和,第一級運放OP_A的增益由R2/R1比確定,不應該過高。
上橋臂電流檢測通常采用支持擴展共模電壓的專用器件,但是專用器件也有自身的限制,例如,當共模電壓高于100V時,專用運放還能精確地測量電流嗎?傳統5V運放似乎完全不適用這種測量。但是,在增加幾個外部器件后,我們將會發現,低壓運放完全可以精確地測量上橋臂電流,而且沒有任何共模電壓限制。
電路示意圖及原理簡介
本文所討論的應用設計是測量150V工業電機控制器的電流。如圖1所示,為能夠精確地測量很小的電流值,我們使用了一個分流器配合一個高精度5V運放。
圖1:典型應用
難道150V輸入電壓不會燒毀運放嗎?如果V1電壓是用于給第一級運放OP_A提供正電壓(Vcc_H),就不會發生這種情況。
如果連接一個擊穿電壓為4.7V的齊納二極管,則會為第一級運放OP_A生成負電壓 (Vcc_L)。這樣,OP_A的電源電壓是4.7V,是Vcc_L=145.3V與 Vcc_H=150V的差值。
電阻Rz為齊納二極管提供偏置電流(~5mA),并為運放的偏置電流提供回路(~40μA)。
Vsense是電流經過電阻Rsense時產生的電壓,被電阻R1、R2、R3和R4放大。
P-MOSFET(BSP2220)輸出高精度電流,與流經Rsense的電流成正比;該電流經過R4電阻時生成對地電壓Vo,與上橋臂電流成正比。第一級的輸出電壓可由下面的方程式1得出:
Vo=VsenseR1R4R3.(R1+R2+R3) (1)
第二級運放OP_B用于抑制Vo電壓。在加裝電阻R5后,當啟動階段有大電流經過輸入引腳時,可以保護OP_B的內部ESD二極管。
電機控制電路消耗的最大電流是100A。因此,使用一個100μΩ分流器時,Vsense最大值為10mV。最大輸出電壓取決于Vsense電壓和R4上的最終輸出電流。因為由微控制器的ADC來處理,所以最大輸出電壓Vo必須高于3.3V。
為確保系統正常工作,必須仔細選擇這些器件參數。為了使OP_A輸出不飽和,在選擇參數時必須保證|Vgs|電壓值很小。
因為Ids保持低電流有助于實現這個目標,所以我們選擇一個高電阻的R4。
為避免運放輸出飽和,第一級運放OP_A的增益由R2/R1比確定,不應該過高。
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