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在為客戶(hù)提供支持時(shí)，我遇到的最常見(jiàn)的問(wèn)題就是直流感應。直流感應方法很簡(jiǎn)單，就是安放一個(gè)與負載(分流電阻器)串聯(lián)的電阻器，然后測量整個(gè)電阻器的電壓(分流電壓)。對于頻程為 10 至 15 倍的負載電流而言，這種方法極為有效。 但是低功耗應用需要 30 倍乃至更高頻程的電流感應解決方案。使用線(xiàn)性器件測量分流電壓時(shí)，實(shí)現這種寬負載電流范圍可能很困難。 圖 1 所示的是兩個(gè)增益如何能夠增大可測量負載電流范圍。 圖1 兩個(gè)增益范圍的電流感應 對數放大器和可編程增益放大器是一個(gè)選項，但如果需要測量的只是 20 至 30 倍頻程的負載電流，就有點(diǎn)過(guò)度了。 另一種方法可使用帶開(kāi)關(guān)的運算放大器控制增益，如圖 2 所示。 圖2 低側運算放大器可調增益 如果分流電阻器與接地之間存在任何寄生阻抗，這就會(huì )產(chǎn)生不準確性。這是一個(gè)很大的弊端。圖 3 所示的是當 Rg 涉及接地時(shí)，運算放大器可獲得寄生電壓 (VPAR)。 圖3 寄生電壓誤差，Rg=GND 要降低該誤差，應將 Rg連接至 Vpar(Kelvin 連接 Kevin-connection)。下圖 4 所示為運算放大器不將增益應用于寄生電壓，而其仍然出現在輸出端。Vpar隨負載電流及 PCB 制造容差變化而變化。 圖4 寄生電壓誤差，Rg= Vpar 要消除該誤差項，可使用只放大差分電壓的器件，例如儀表放大器。 圖 5 所示為 Kelvin 連接(Kevin-connected)至分流電阻器時(shí)，儀表放大器如何消除誤差。圖 5 中的方程式可簡(jiǎn)化為 Vout=Vref+Vshunt(注意 VPAR=0)。 圖5 無(wú)寄生誤差的儀表放大器 許多系統設計人員需要單電源解決方案。傳統儀表放大器不能滿(mǎn)足該需求，因為它們具有有關(guān)輸入共模電壓、電源、參考電壓以及增益的輸出擺幅限制。 圖 6 所示為INA333儀表放大器的這種關(guān)系。 圖6 INA333單電源工作 例如，如果輸出共模電壓為 1V，輸出擺幅則為 ~0V 至 ~2V。在低側感應情況下，共模電源為 0V，因此輸出擺幅極小，甚至沒(méi)有擺幅。 為克服該問(wèn)題，INA326儀表放大器可使用獨特的電流拓撲提供真正的軌至軌輸入輸出。 將INA326的獨特性與控制其增益的開(kāi)關(guān)相結合，可實(shí)現優(yōu)異的單電源電流感應解決方案，其可檢測達 30 倍頻程的負載電流。 圖 7 是實(shí)例設計的原理圖。 圖7 10μA 至 10mA的單電源電流感應解決方案 圖 7 所示的是用于10μA-10mA 單電源電流感應解決方案的TI 高精度設計。設計包括理論、計算與TINA-TI仿真。 下次大家在設計電流感應解決方案時(shí)，務(wù)必要理解放大器的局限性。在嘗試復雜解決方案之前，應明白簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)可顯著(zhù)拓展范圍! |
