通过MAX4460单电源仪表放大器进行电流检测的方法

高端电流检测放大器主要用于监控来自正电源轨的电流。然而，ISDN和电信电源等应用需要以负电源轨工作的电流检测放大器。本应用笔记介绍了一种设计负轨、电流检测放大器的方法。

应用示例

图1.电话中央交换机、电源系统框图。

图1显示了典型电话交换机中配电网络的框图。整流器将电源上的交流电转换为直流电，整流器的直流输出用于为48V铅酸电池充电。电池通过电话线为用户电话供电。电池极性连接，使线路电压为负（-48V）。负线路电压有助于减少湿电话线上发生的电化学反应引起的腐蚀。电信网络还使用多个 DC-DC 转换器从 -48V DC 输入派生中间电源轨。中间电源轨为电话交换机中的交换机、无线电、路由器、ATX 计算机和其他电子设备供电。电流检测放大器通过监视-48V电源电流来监控系统运行状况。

电路说明

图2.采用MAX4460的负轨、电流检测放大器

图2中的电路显示了负轨电流检测模块的实现方案。它使用仪表放大器，如MAX4460或MAX4208和一些分立元件。

齐纳二极管，D1，保护仪表放大器免受过压损坏，同时为其工作提供足够的电源电压。待监控的电流通过检测电阻R流向负电源意义.仪表放大器必须采用单电源供电，并以接地检测能力工作。

MAX4460的输出为MOSFET M提供栅极驱动1.负反馈确保电阻R两端的压降3等于 V意义、R 两端的电压意义.因此，R3设置与负载电流成比例的电流：

IOUT = (ILOAD × RSENSE)/R3 = VSENSE/R3 (Eq. 1)

R2的选择使输出电压位于以下电路（通常是ADC）的所需范围内。MOSFET 的漏源击穿电压额定值必须超过两个电源轨之间的总压降（+125V）。可在 V 电压下使用额外的运算放大器缓冲器外如果ADC没有高阻抗输入。 如果在故障条件下检测电流增加到额定值以上，则输出电压变为负值。二极管 D2通过将输出端的负电压限制在一个二极管压降，保护ADC免受损坏。

设计步骤

上述设计可轻松调整，以增加高压、负电源、电流检测监控功能。选择-120V作为负电源轨说明了这种灵活性。通过使用以下简单步骤，可以为不同的电源轨设计电流检测放大器。

1. 指定齐纳稳压器

重要的是将齐纳二极管偏置在其传输特性中的某个点上，该点具有低动态电阻（即，很好地进入其反向击穿区域），以防止PSRR误差。图3显示了配置为反向偏置的标准齐纳二极管的齐纳电流与齐纳电压的关系图。数据显示，齐纳电压在接近击穿电压时没有得到很好的调节。一般规则是选择偏置点，使其约为额定功率规定的最大电流的25%。该偏置点可提供低动态电阻，而不会浪费太多功率。根据以下公式选择电阻R1，将偏置点设置为所需值：

IR1 = (VCC + |VNEG| – VZ)/R1 = IS + IZ （公式2）

其中：

VCC= 正电源轨电压

VZ= 稳定的齐纳电压

|VNEG|= 负电源轨电压的绝对值

IS= MAX4460的电源电流

IZ= 通过齐纳二极管的电流

R1必须具有合适的额定功率，并且能够承受其两端的大电压。或者，可以使用较低功率电阻的串并联组合来缓解这些限制。

图3.1N750齐纳二极管传输特性，VZ= 4.7V。

2. 选择功率晶体管

n 沟道 MOSFET 或 JFET 的漏源击穿电压额定值必须大于 |V地中海|+ V抄送.如果负电源电压较高，这是一个重要的约束条件。

3. 选择 R意义

选择 R意义使满量程、检测电压过 R意义小于或等于100mV。

4a. 选择 R3

选择 R 具有相当大的灵活性3.一个好的选择受以下两个观察结果的影响：

作为 R3减小，公式1意味着对于固定增益，耗散功率增加。

场效应管的热噪声和漏电流设定了所选值R的上限3.

4b. 选择 R2

电阻比R2和 R3等于所得电流检测放大器的电压增益。输出电压由下式给出：

VOUT = VCC – IOUT × R2 （公式3）

从等式 1 和 3 中我们得到：

VOUT = VCC – (VSENSE × R2/R3)

关于 V 的区分意义:

电压增益，Av= -R2/R3（公式4）

负号表示输出电压和输入检测电压之间的反相关系。根据等式4，R2因此可以确定。

结果

图4绘制了得到的典型输出电压与检测电压的函数关系。对于电流检测放大器，可以推断出以下典型参数：

折合到输入端的失调电压 = （5 – 4.9831）/49.942= 338μV

增益 = -49.942

图4.输出电压随检测电压的变化而变化，T = +25°C。

结论

本应用笔记演示了使用MAX4460等精密仪表放大器对负电压进行电流检测。按照上面列出的设计步骤，可以很容易地重新设计所述电路，以监控不同的负电源轨。