§01高端电流检测
在很多功率电子系统中,需要对于电源正极输出电流进行检测(也称高端电流检测:High-Side Current Sensing),比如电机控制、线圈驱动、电源管理(像DC-DC转换,电池检测等)。在这些应用中,在电源的正极(高端)而非负极(也就是电流返回端)对电流检测,可以提高电流检测性能。例如可以确定对地短路电流、检测续流二极管中的电流。如果在电源负端使用分流器来获取电源电流可能会造成地线电位的不一致。下面图1, 图2 显示了使用高端检测电机和电磁线圈电流的电路配置。
图1 电磁线圈驱动电路中的高端电流检测
图2 H-桥电机驱动电路高端电流检测电路
图3 三相电机驱动高端电流检测
在上面三个电流检测应用中,如果使用PWM驱动,那么在电流检测电阻上的共模电压的摆动范围是从0V到电池电压。这种PWM输入信号是一个周期性,高频,快速上升下降的特性,是由电路中功率场效应管所产生的。因此,用于对高端电流分流器进行信号处理的运算放大器需要能够同时具有极强的共模抑制能力、增益高、精确度高、(电压、电流)偏置低的特点。
图1所示的电磁线圈驱动电路中,MOS场效应管驱动线圈的电流总是从上往下流动,因此单向电流检测即可满足要求。但在图2,图3所示的电机驱动电路中,电流是双向的,因此需要电路能够处理正负电流信号。
设计者会发现现在有很多半导体公司提供了不同用于放大高端电流检测的芯片。其中一个重要值得注意的现象,那就是在所有可备选的电流检测IC芯片里,可以分成两大类别:一类为电流检测放大芯片,另外一类是差分放大芯片。
这里,我们将会指出和解释上述两类信号处理芯片的主要差别,帮助电子工程师面对应用需求时选择最适合的高端电流检测方案。下面以双向差分高电压运算放大器AD8206[3]与双向电流检测放大器AD8210[4]为例进行对比。这两款运放具有相同的外部管脚,都可以用于高端电流检测,但他们的性能和内部结构却不相同。那么问题来了,在实际应用中究竟选择哪一种方案呢?。