將電流檢測放大器的輸入范圍擴展至低至0V

增加一個電荷泵可為高端電流檢測放大器內部的運算放大器提供±5V電源軌。這種修改使該放大器能夠檢測低至0V共模輸入的電流。該電路可以修改以適應雙向電流檢測應用。

除了傳統(tǒng)的鉛酸電池外，現(xiàn)代電動/混合動力汽車通常還包括一個40法拉或更大的大電容器作為備用電源。大電容器位于后排座椅下方，用作備用電源，為電子制動系統(tǒng)供電，以便在發(fā)動機和電池發(fā)生故障時安全停止車輛。鉛酸電池只能放電到約8V，但電容器可以放電到0V。因此，需要一個能夠測量低至0V輸入的電流檢測放大器。

大多數(shù)高端電流檢測放大器的工作在有限的共模輸入和電源電壓范圍內。以MAX4081為例，其共模輸入和電源電壓范圍為76V至4.5V。要設置零負載電流點（對應于零負載電流的電壓輸出，其中V意義= 0V）對于雙向（充電/放電）電流檢測應用，通常將外部基準（+2.5V）連接到基準輸入（REF）。然而，對于MAX4081，4.5V的共模下限禁止在需要靠近地電流檢測的應用中使用。

這個問題可以通過將電荷泵連接到電路來解決（圖1）。微型電荷泵（IC2）采用+5V供電，電流檢測放大器也是如此。電荷泵（-5V）的輸出在IC1的“GND”引腳上充當負電源電壓。REFA 和 REFB 連接到電路接地。

圖1.在該電流檢測放大器上增加一個-5V電源軌，將其共模下限從4.5V擴展至0V。

IC1的內部運算放大器（A2）現(xiàn)在采用±5V電源軌（10V量程）工作，其同相輸入（REF引腳）位于0V中軌電平。對于 V意義= 0V，輸出電壓為0V。意義然后隨著負載電流的增加而增加，根據器件編號的增益后綴 F、T 或 S，產生 5x、20x 或 60x 的輸出。有效共模范圍現(xiàn)在擴展為0V至+70V，原始規(guī)格保持不變（五操作系統(tǒng)< 0.6mV，增益誤差<0.6%）。

您 還 可以 為 采用 單 電源 電壓 的 雙向 電流 檢測 應用 配置 該 電路（圖 2）。ADC基準輸出驅動REFA引腳，以設置IC1的零負載電流點。例如，對于20V/V的增益選項，如果ADC基準電壓為+5V，則在零負載電流下，ADC的輸出將為+2.5V。當電流從電池流向負載時，V意義可以從0V增加到+100mV，輸出電壓將增加+2.0V至+4.5V。如果相同的大電流以相反方向流動（為電池充電），OUT將從其零電流水平降低-2V，從而從2.5V降至0.5V，以使用0V至5V ADC輸入監(jiān)視雙向電流。

圖2.將基準電壓從ADC連接到電流檢測放大器，電路可以監(jiān)視雙向電流

圖1電路（圖3和圖4）的測試結果顯示，電流檢測放大器的共模電壓（GND連接到-5V）降至-2.8V。相比之下，標準應用的共模電壓（GND連接到0V）僅降至+2.3V。然而，當“GND”引腳上的-5V電荷泵以及REFA和REFB連接到電路GND時，輸出擺動可能接近±5V或低于電路GND。

圖3.如圖1所示的輸出電壓圖所示，增加電荷泵將IC1的共模范圍擴大到地電位以下2.8V。

圖4.對于圖1和圖2中的IC1，工作增益為60V/V，共模電壓為0V，V外與 V意義在整個 V 上呈線性意義范圍（-80mV 至 +80mV）。

IC1的典型電源電流（103μA）為IC2提供小負載電流，可防止輸出端過載和電壓下降。當輸出低于GND時要小心，負載電流然后從IC1的GND端子流入電荷泵，電荷泵的負輸出會因此下降（上升至0V）。作為對策，可以在電荷泵中使用更大的電容或限制檢測放大器的輸出電壓。

審核編輯：郭婷