电流检测放大器兼作高共模仪表放大器

介绍

仪表放大器(IA)用于增益精度和直流精度很重要的地方，例如测量和测试设备。IA的缺点是成本。然而，廉价的电流检测放大器可以处理高共模电压，并与IA具有一些共同特性。因此，在某些应用中，例如以地为参考的-48V至+5V电源转换器，电流检测放大器可以取代IA，从而降低成本。

电流检测放大器与仪表放大器

电流检测放大器检测由连接在其差分输入端的精密“检测电阻”产生的电压。电阻的电压电平高于系统中其他电源的电压电平。输出是差分输入电压的放大精密单端副本，参考系统等电位(地)。

.对于给定的电流值，电流检测放大器的精密增益降低了检测电阻对电流测量线路施加的电压负担，因为测量所需的输出电压所需的检测电阻压降较小。因此，电流检测放大器符合电压仪表放大器(IA)的基本描述：它是一种精密增益差分放大器。

电流检测放大器和IA之间的主要区别在于，IA通常在由输入电压轴和正交共模电压轴(±输入电压，±CMV)定义的四个象限中工作。相比之下，标准电流检测放大器仅在一个象限(通常为+输入电压，+CMV)中工作，有些在两个象限(±输入电压，+CMV)中工作。对于电流检测放大器，输入电压的符号由测量电流的极性决定。此外，电流检测放大器的CMV范围更宽。

在功率转换器应用中

电流检测并不是唯一受益于精确放大信号并以大电压差分隔的水平传输信号的应用。图1(以地为参考的-48V至+5V电源转换器)的标准应用显示了当今电流检测放大器的能力。

图1.这种简单的电源转换器从-48V获得+5V(或+3.3V)。

(在概念上)设计输入源和输出电压极性相反的开关转换器很容易。然而，当您了解工程细节时，电路拓扑的选择更加困难。对于使用标准正能量源工作的转换器，输出电压和稳压器反馈电压的参考电平是相同的：能量源的负极。在这种情况下，电平为-48V，由转换器的正源拓扑定义。

该-48V基准与应用意图相矛盾，该应用假设低压正输出必须相对于公共(接地)点进行调节。隔离式拓扑(反激式、正激式)采用不同的输入电压和稳压输出参考点工作，是此类应用的首选，尽管它们的成本更高，电路更复杂。

对于图1所示的更简单解决方案，标准开关转换器工作在非隔离拓扑结构中。传统的变压器/光耦合器设计将输出检测电平隔离、分离并移位至转换器的调节点，为此采用电流检测放大器(MAX4080F)。本例中的转换器IC为MAX668，但该电路可采用其他升压转换器实现。

MAX668升压转换器在FB端具有1.25V的调节设定点，MAX4080F的差分输入端电压与OUT和GND端之间的电压之间的增益为5。在转换器的FB端子产生1.25V所需的差分输入电压为0.250V。当系统处于稳压状态时，连接在+5V输出和系统地(共模)之间的分压器在MAX4080F差分输入端产生0.250V电压。

图2显示了+5V和+3.3V版本在1A恒定负载下的电路调节，图3显示了两种版本的效率与负载电流的关系。MAX4080F输入端与GND端子之间的最大允许电压差为75V，CMRR(共模抑制比)为120dB。

图2.V外与V在图1所示电路。图表显示，对于+5V和+3.3V版本，在1A恒定负载下的电路调节率在较高输入电压下有所改善。

图3.图1所示电路的效率与负载电流的关系。

为什么-48V 系统的低电压很重要

为了保护电话线免受电解腐蚀，第一批电话系统交换机采用“中央电池”电源，其极性相对于接地(接地)为负。而且，为了确保这些系统中使用的继电器具有良好的低噪声触点，电源电压(-48V)高于大多数其他电池供电系统。

然而，自六十年代初以来，电子系统已经朝着另一个方向发展。在NPN双极晶体管作为主导有源器件的主导地位的推动下，当今模拟和数字系统的几乎所有电源都会产生相对于参考等电位(地)的正电压。

由于今天的大部分电信电源都是分布式的，并且使用起来与早期一样，因此主电源仍然是-48V，并带有大量备用电池。另一方面，电信系统现在完全是电子化的，需要低压正电源线路。因此，从-48V系统产生低压正电源是一个常见的要求。

结论

正如我们所看到的，电流检测放大器和仪表放大器具有一些共同的核心特性，可以允许使用更便宜的电流检测放大器来代替昂贵的仪表放大器。我们描述了一个替代示例电路，由电流检测放大器(MAX4080F)和升压转换器IC(MAX668)组成。精确放大信号并以大电压差分隔的水平传输信号不仅有利于电流检测，而且对于电信系统中使用的以地为参考的-48V至+5V电源转换器也有好处。

审核编辑：汤梓红