??新一代汽車和工業設計在精確控制和診斷功能以及可靠性和安全功能方面面臨著越來越高的要求。實現這些新功能常常需要精確的電流檢測，因此近年來對精確的高壓側電流檢測放大器的需求出現了穩步增長。高壓側電流檢測放大器用途很廣，可以用在電動機伺服控制、螺線管定位、電池充電和放電電路以及過流監視器和短路故障檢測器等各種應用中。 ??高壓側電流檢測概述 ??最常見的電流測量方法是，測量一個小的“檢測”電阻（RSENSE）上的電壓，該電阻放在電流通路中。但在接地通路中放置電阻會引起一些問題，為此將檢測電阻通常放在電路的電源側。如圖1所示，高壓側電流檢測放大器從直流電源電壓高端分出一個小的差分電壓。 ?? ??圖1 高壓側電流檢測配置 ??高壓側電流檢測傳統上是用少量分立元件（電阻、電容器、開關等）、運算放大器、差分放大器和/或儀表放大器實現的。不過今天，專用高壓側電流檢測具有更快的響應速度、更低的功耗、更高的準確度且所需空間更小。因此，專用的高壓側電流檢測放大器得到了廣泛使用，這催生了對密度更高的器件的需求。尤其是，雙電源監視需要一個雙器件（在一個封裝中有兩個高壓側電流檢測放大器），而且雙器件能以獨特方式滿足一些通用電流檢測應用的需求。 ??H橋式驅動器電路 ??用于電動機等的執行器驅動本質上一般是雙向的，而且常常基于H橋式拓撲。H橋式MOSFET陣列（見圖2）用脈沖寬度調制（PWM）改變被控制的扭矩。電流監視可用作閉環伺服環路的組成部分和/或用于實現故障檢測和保護功能。經典的電流檢測方法是給負載串聯一個檢測電阻（見圖2a）。一種更好的方法是使用兩個檢測電阻，放在電源與每個1/2橋之間（見圖2b）。現在檢測電壓可以準確反映H橋每一側的電流，同時避免了由電動機負載產生的大電壓擺幅在電流檢測放大器中引起噪聲。此外，這樣分開配置可以檢測 MOSFET故障或負載短路，用單個檢測電阻也許檢測不到這兩種情況。 ?? ??圖2 （a）采用單個檢測電阻的H橋 ?? ??（b）采用兩個檢測電阻的H橋 ??雙向工作 ??雙向電流檢測指的是監視檢測電阻中流過的任一方向的電流。例如，在由電池供電的系統中，檢測電阻可以監視從電池流向負載的放電電流，同一個檢測電阻還可能用來監視從充電器流向電池的充電電流（見圖3）。凌力爾特公司的LT1787等雙向電流檢測放大器為雙向應用提供了一種簡單的解決方案。這種放大器能承受高達60V的共模電壓，可以檢測正和負的檢測電壓。 ?? ??圖3 雙向高壓側電流檢測放大器 ??雙向電流檢測放大器的一種替代解決方案是采用兩個單向器件，每一個放大器監視一個方向的電流。這種方案的優點是提高了實際的滿標度輸入檢測范圍。要想知道原因，想一想單個雙向放大器必須處理范圍為-VSENSE～+VSENSE的檢測電壓就明白了。既然動態范圍、增益準確度和響應時間取決于滿標度檢測電壓，那么用兩個獨立的放大器分別處理整個輸入信號范圍的一半就可以提高性能。 ??在每個方向上的電流范圍不同時，采用兩個放大器實現雙向工作也非常有用。例如，就一個迅速充電系統而言，充電電流也許比放電電流大得多。在這種情況下，可以為每個方向單獨設置增益和/或對每個方向采用不同的檢測電阻。采用不同的檢測電阻（見圖4）可以避免過渡消耗功率，因為大的充電電流和小的放電電流不必通過相同的電阻。不同的檢測電阻還允許分別調節每個方向的增益和分辨率。 ?? ??圖4 用兩個單向放大器實現雙向工作 ??大/小增益范圍 ??就跨大電流范圍的單向電流監視而言，具有不同檢測電阻（兩個檢測電阻串聯）的兩個放大器可以實現“大”電流范圍和“小”電流范圍。這實際上將電流檢測需求分成了兩部分，每個部分由一個放大器完成，從而實現了寬動態工作范圍。圖5所示電路可用來組合電流檢測輸出，在大電流范圍工作時，MOSFET可用來旁路小電流檢測電阻。由于大電流不必通過小電流檢測電阻，因此旁路小電流檢測電阻降低了功耗，并提高了可靠性。 ?? ??圖5 用兩個單向放大器實現大/小增益范圍 ??新型器件 ??就雙路高壓側電流檢測應用而言，LTC6103和LTC6104非常適用（見圖6和圖7）。這兩種新器件都采用MSOP8封裝，一個封裝中都有兩個高壓側檢測放大器。 ?? ??圖6 LTC6103 ?? ??圖7 LTC6104 ??LTC6103含有兩個完全獨立的放大器，LTC6104兩個放大器的輸出通過一個電流反射鏡組合在一起。LTC6103的兩個獨立輸出端可以提供單個差分輸出，非常適用于ADC接口。LTC6104的單個雙向輸出對反饋和伺服控制應用來說非常方便。 ??每個放大器都有1μs的階躍響應，在檢測迅速而且也不希望電流變化時可以快速響應。LTC6103和LTC6104的共模輸入電壓范圍高達70V，可以在很寬的系統電壓范圍內工作。這種高共模電壓還提供了充足的電壓空間，可以在出現多種負載故障或反激情況時正常工作，負載故障和反激可能引起高的電壓尖峰。能夠在-40～125℃ 的溫度范圍內工作還使這兩種器件非常適用于工業和汽車應用。 ??輸入偏置電流遠遠低于1μA（典型值為100nA），就大多數應用而言，這實際上消除了輸入電流成為誤差源的問題。最高輸入失調電壓為±450μV，因此這些放大器可以分辨低至450μV 的檢測電壓。有了這么卓越的精確度，用戶在選擇檢測電阻以最大限度地提高動態范圍或最大限度地降低功耗時，就有了極高的靈活性。一旦選定了合適的檢測電阻，就可以選擇兩個增益設置電阻，以實現就應用而言最恰當的增益和阻抗特性。 ??一個額外的好處 ??LTC6103 和 LTC6104 基本上是高共模跨阻抗放大器。作為一種電流檢測的轉換方案，經由一個小的檢測電壓，這些放大器可以用大的差分輸入工作。這類信號監視不是電流測量，而是電壓測量。 ?? ??圖8 電壓轉換 ??大多數高壓側電流檢測放大器的最高輸入信號電壓都是500mV或更低，與這些放大器不同，LTC6103和LTC6104的最高差分輸入電壓僅受電源電壓限制。這種特點對監視浮動電源或激光二極管信號可能有用，因為這類應用需要高端電壓監視。 (mbbeetchina)