高压、可编程增益电流监视器

本电路使用以地为基准的标准5V差动放大器（MAX4198）监测高压（48V或更高）下的电流。它还采用数字电位器（MAX5402）进行增益调节。

电信、LDMOS、汽车和许多其他应用都需要测量高压（高压侧电流）下的电流。通常，工作在5V的电路必须监视48V的电流。使用昂贵的高压差动放大器和其他特殊器件的技术可以测量此类电流，但图1所示电路使用标准5V差动放大器（包括增益调整功能）来实现。

图1.该电路监视48V电流，产生约5V的最大输出电压，并包括数字可编程增益，以适应监控电流的宽变化。

差动放大器（U1，MAX4198）兼具增益精度和低功耗工作特性，但其最大电源电压仅为7.5V。为了克服这一限制，pnp晶体管Q1将U1的电压输出转换为电流。因此，Q1的电流输出弥补了48V监控电流和5V监控电路之间的差距。为了最小化由 U1 的增益电阻、齐纳 Z1 和电阻 R 引起的误差分流将 U1 的工作电压钳位至 3.0V 标称电压。U1的最大工作电流（I抄送） 为 55μA，因此 R 的最大值分流是：

RSHUNTMAX = (VINMIN - VZ1MAX)/(ICCMAX + IZ1MIN)
= (42V - 2.7V)/(55µA + 100µA) = 249kΩ

对于图1所示的连接，R两端的压降外等于 R 上的下降意义.R两端的最大满量程（FS）电压为100mV意义，则选择 R外设置相应满量程输出电流的大小。这个R外然而，选择涉及权衡。较高的电流使IN+和REF之间的两个25kΩ电阻两端的压降引起的误差电流的影响降至最低。对于较高的输出电流，这种效应引入的百分比误差较低。

另一方面，较高的电流水平会在U2中产生过电压，并且会浪费功率。一个很好的折衷方案似乎是350μA。因此，R外= 100mV/350μA = 286Ω（287Ω是最接近的标准值）。在 3.0V 工作电压时，电阻负载引起的最大误差电流为 3.0V/50kΩ = 60μA，或 17%。这可能看起来有点高，但简单的校准程序可以减去该误差的大部分影响，对校准结果的影响可以忽略不计。选择通用pnp晶体管（MMBT3906）作为电平转换器。工作在 350μA 和接近 45V V 的电压行政长官，晶体管的功耗非常低（<20mW）。

10kΩ数字电位器U2（MAX5402）调节电流监视器的增益。U2具有简单的上/下接口和低标称端到端电阻（10kΩ）。初始容差、电源电压和温度的最坏情况变化产生的最大端到端电阻为12.5kΩ。在上面选择的350μA满量程信号电流中增加一个60μA误差电流，得到Q1的最大输出电流：350μA + 60μA = 410μA。 将该电流乘以最大端到端电阻得到：

Max voltage on pin "H" of the MAX5402 = 410µA × 12.5kΩ = 5.12V

U2 规定引脚 H 处的绝对最大电压为 6V，因此您必须选择足够低的满量程信号电流，以避免引脚 H 处的过压。

所提出的技术允许在48V应用中使用5V（最大值）差动放大器，并且可以根据需要修改电路以用于更低或更高的共模电压。使用Q1将信号电压转换为电流，可通过数字电位计轻松调整增益。所示的数字电位器（MAX5402）可以将满量程信号幅度除以高达32的因子。这种增益调整对于汽车电池监控以及监控电流在宽动态范围内变化的其他应用非常有用。

为数字电位计和运算放大器提供单独的接地非常重要。同样重要的是，不要将这些接地连接到地面。否则，该连接将数字电位计与运算放大器电路并联，导致电阻为V外（相对于接地）随 V 处的电压变化在.

审核编辑：郭婷