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根据高压上桥臂电流检测的使用规划

上桥臂电流检测通常采用支持扩展共模电压的专用器件,但是专用器件也有自身的限制,例如,当共模电压高于100V时,专用运放还能精确地测量电流吗?传统5V运放似乎完全不适用这种测量。但是,在增加几个外部

  上桥臂电流检测一般选用支撑扩展共模电压的专用器材,可是专用器材也有自身的约束,例如,当共模电压高于100V时,专用运放还能精确地丈量电流吗?传统5V运放好像彻底不适用这种丈量。可是,在添加几个外部器材后,咱们将会发现,低压运放彻底能够精确地丈量上桥臂电流,并且没有任何共模电压约束。

  电路示意图及原理简介

  本文所评论的运用规划是丈量150V工业电机控制器的电流。如图1所示,为能够精确地丈量很小的电流值,咱们运用了一个分流器合作一个高精度5V运放。

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  图1:典型运用

  莫非150V输入电压不会焚毁运放吗?假如V1电压是用于给榜首级运放OP_A供给正电压(Vcc_H),就不会发生这种状况。

  假如衔接一个击穿电压为4.7V的齐纳二极管,则会为榜首级运放OP_A生成负电压 (Vcc_L)。这样,OP_A的电源电压是4.7V,是Vcc_L=145.3V与 Vcc_H=150V的差值。

  电阻Rz为齐纳二极管供给偏置电流(~5mA),并为运放的偏置电流供给回路(~40μA)。

  Vsense是电流经过电阻Rsense时发生的电压,被电阻R1、R2、R3和R4扩大。

  P-MOSFET(BSP2220)输出高精度电流,与流经Rsense的电流成正比;该电流经过R4电阻时生成对地电压Vo,与上桥臂电流成正比。榜首级的输出电压可由下面的方程式1得出:

  Vo=(Vsense/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3)(1)

  第二级运放OP_B用于按捺Vo电压。在加装电阻R5后,当发动阶段有大电流经过输入引脚时,能够维护OP_B的内部ESD二极管。

  电机控制电路耗费的最大电流是100A。因而,运用一个100μΩ分流器时,Vsense最大值为10mV。最大输出电压取决于Vsense电压和R4上的终究输出电流。由于由微控制器的ADC来处理,所以最大输出电压Vo有必要高于3.3V。

  为确保体系正常作业,有必要细心挑选这些器材参数。为了使OP_A输出不饱满,在挑选参数时有必要确保|Vgs|电压值很小。

  由于Ids坚持低电流有助于完成这个方针,所以咱们挑选一个高电阻的R4。

  为防止运放输出饱满,榜首级运放OP_A的增益由R2/R1比确认,不应该过高。

  在挑选器材参数时,咱们不得不折衷考虑,有必要恪守方程式2:

  |Vgs max| < Vzener-(R3.(R1+R2))/(R4.(R1+R2+R3) ).Vo_max (2)

  ●其间,Vgmax是使电流Id_max=(Vo_max)/R4进入晶体管所需的Vgs电压,且Vzener=Vcc_H – Vcc_L

  现在咱们看一下这个体系的精度问题。导致扩大器精度差的首要原因是电阻不匹配和失调电压。

  差错剖析

  电阻不匹配对丈量精度的影响

  假定所用电阻完美匹配,经过方程式1能够得出输出电压。不幸地是,实际状况并不是这样,由于电阻自身也有自己的精度。

  用下面的公式能够得出因电阻不匹配而形成的增益差错:

  V0=((Isense*Rshunt)/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3).[1+((2R1+4R2+2R3)/(R1+R2+R3)). εα+ εRshunt] (3)

  ●其间εα是电阻的精度,εRshunt是分流器的精度。

  从方程式3不难看出,R2电阻对差错的影响最大,所以该电阻器有必要挑选阻值尽或许小(10kΩ)的电阻。留意,R1和R3的阻值之和应该高且均衡,只要这样才干获得抱负增益,由于理论上R1阻值小能够按捺噪声。

  Vio对精度的影响

  输入失调电压是有必要考虑另一个差错,在上面的运用中,咱们挑选了一个斩波扩大器TSZ121,由于这款产品的Vio电压极低,在作业温度范围内仅8μV。特别是丈量特别小的电流时,这个差错十分杰出。

  考虑到传递函数,Vio能够表明成:

  Vout=((Vsense±Vio1)/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3)±Vio2 (4)

  ●其间Vio1是榜首级运放(OP_A)的输入失调电压,Vio2是第二级运放(OP1_ B)的输入失调电压。由于TSZ121的输入失调电压极低,所以Vio2能够忽略不计。

  总差错

  为了澄清输出总差错,咱们有必要把电阻不匹配和运放失调考虑进去。终究,输出电压能够表明为方程式5:

  Vo=((Isense*Rshunt))/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3).[1+((2R1+4R2+2R3)/(R1+R2+R3)).εα+ εRshunt]±(Vio/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3) (5)

  图2和图3表明在作业温度范围内或许呈现的最大差错,考虑到了分流器的精度。

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  图2:总差错,假定电阻精度为1%,Rshunt精度为 1%

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  图3:总差错,假定电阻精度为1%,Rshunt精度为 1%

  定论

  专用扩大器一般用于上桥臂电流检测,可是在共模电压高于70V的运用中,应该改用传统的5V运放。

  上桥臂电流的检测能够运用高精度运放如TSZ121扩大器,为了作业在5V电平转化电路内,需求一个齐纳二极管合作扩大器。

  咱们考虑到了电阻和扩大器引起的某些差错。为获得杰出的电流丈量精度,咱们主张运用0.1%精度电阻

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