高端电流检测:差动放大器vs.电流检测放大器

在电机控制、电磁阀控制以及电源管理（如直流-直流转换器与电池监控）等诸多应用中，高精度的高端电流检测都是必需的。在这种应用中，对高端电流而非回路电流进行监控，可以提高诊断能力，如确定对地短路电流以及连续监控回流二级管电流，避免使用取样电阻，能保持接地的完整性。图1、图2和图3分别给出电磁阀控制及电机控制的典型高端电流取样配置。

　　图1. 典型电磁阀控制中的高端检测

　　图2. 典型H桥电机控制中的高端检测

　　图3. 典型三相电机控制中的高端检测

　　在上述所有配置中，监控负载电流的取样电阻上的脉宽调制（PWM）共模电压在从地到电源的范围内摆动。利用从电源级到FET的控制信号可以确定这个PWM输入信号的周期、频率和上升/下降时间。因此，监控取样电阻上电压的差分测量电路要求极高共模电压抑制与高压处理能力，以及高增益、高精度和低失调——其目的是为了反映真实的负载电流值。

　　在使用单一控制FET的电磁阀控制（图1）中，电流始终沿同一方向流动，因此单向电流检测器就足够了。在电机控制配置（图2与图3）中，电机相位进行分流意味着取样电阻中的电流沿着两个方向流动，因此，需要双向电流检测器。

　　许多半导体供应商都为高端电流检测提供了多种方案，然后研究这类应用的设计工程师发现，这些方案都可以遵循两个截然不同的高压结构来进行分类：电流检测放大器和差动放大器。

　　接下来，我们将会详细介绍这两种架构的重要差异，以帮助高端电流检测设计工程师选择最适合应用的器件。我们将比较两个高压器件：AD8206双向差动放大器，AD8210双向电流检测放大器。这两个器件具有相同的引脚，都具备高端电流取样监控功能，但是其性能指标与架构却不同。那么，如何选择合适的器件呢？

它们如何工作

　　AD8206（图4）是一款集成的高压差动放大器， 通过内置输入电阻网络能够将输入电压削弱至1/16.7，使其能承受高达65 V的共模电压，以使共模电压保持在放大器A1的输入电压范围内。但是，其内部的输入电阻网络也会使差分信号以同样比例衰减。为了实现AD8206的20 V/V增益，放大器A1与A2必须将差分信号放大大约334 V/V。

　　图4. AD8206内部结构示意图

　　这个器件通过将输出放大器偏置到电源范围内的适当电压，来实现双向输入测量。电阻分压网络与放大器A2同向输入端连接，外部低阻抗电压施加到精密配置的电阻分压网络，来实现偏置。AD8206的一个优异特性是：当共模电压为-2 V（共模偏置则为250 mV，如图所示）时，它能够正确地放大差分输入电压。