基于低压晶体管的高压电流感应方案

　　由于专用集成电路的可用性，电流监测变得更加简单。电流监测集成电路很容易获得，并且在大多数情况下都表现出色，各种仪表放大器也是如此，因此使用分立器件构建电流监测器似乎是多余的，但是在某些情况下，使用分立元件的电路可能是最好的方法，尤其是如果可以使用现成的低压部件。

　　本设计理念中的电路源于需要监控伺服系统 +180/-180V 电源的两个电源轨中的电流。图 1显示了用于监控负轨的电路的相关部分。监控正轨的电路将 npn 替换为 pnp 设备。使用廉价的双晶体管和 1% 的电阻器来设置 Iref 以及 Re1 和 Re2 可获得最佳结果。Rsenses 应为 0.1%，并具有足够的功耗额定值。

 

 

　　图 1用于监控负轨的电路

　　该电路和所有使用该拓扑的电路的灵感来自电流镜拓扑和概念，即 Rsense 中的变化电流以及 Rsense 两端的电压会改变 Re2 中的电流，因此 Rc1 两端的电压呈线性变化时尚。

　　图 1 的电路归功于 Re1 和 Re2。使 Ireffairly 小而 Re2 和 Re1 非常大且值相等，相对于 Rsense 两端的电压，发射器处的电压会增加。当负载在空载和满载之间变化时，这又会减小输出设备的 Vce 变化。

　　因此，可以通过明智地选择 Iref、Re1、Re2、Rc2 和 Rc1 来防止 Q2 被驱动到饱和状态，并且不超过晶体管的最大工作电压。请记住，hoe=I（集电极）/V A（早期电压）意味着减少 Ical 的变化会减少 β 的变化，从而提高线性度。Rc 是 Rc1 和 Rc2 之和，因此 Rc1/Rc 比率决定了空载时 Vout-处的偏移。满载时 Rsense 两端产生的电压决定了 Re2 和 Rc1 中电流的变化，因此决定了 Vout− 处的满量程输出。一旦确定了 Iref 的值，计算 Rc 和 Rd 两端的所需空载电压就很简单了。通过使用发射极电阻器，可以显着降低 Vce 变化对 Q2 β 的影响，并且对仿真数据的检查表明，β 的变化对负载电流和输出电压之间的相关性影响相对较小。鉴于所获得的结果，可能不需要使用类似于威尔逊电流镜的配置。

　　图 2 和图 3显示了用于生成 Iref 的恒流源的替代解决方案。如果 Vss 稳定且无纹波，则可以省略恒流发生器，并且可以选择 Rd 的值来提供 Iref。

 

 

　　图 2恒流源产生 Iref 的另一种解决方案。

 

 

　　图 3设置了 FET 偏置，以便在启动时 Iref 不会导致 Vce 或 Vds 超过最大值。

　　图 4将Vout− 反相，消除偏移，将输出缩放到所需范围，并且可以过滤输出以处理电源纹波或负载尖峰。如果使用带有 ADC 的微控制器，该电路可以简化为仅反转 Vout-。

 

 

　　图 4反相 Vout− 消除了偏移，将输出缩放到所需范围，并且可以过滤输出以处理电源纹波或负载尖峰。

 

 

LTspice 用于生成以下曲线，以显示电路的线性度、滤波效果以及电路运行期间的 Vce 和 Vds。负载电流从 0 安增加到 1 安，输出电压叠加在负载电流上。结果与实际电路性能相似。由于负载电流的短时间尖峰，滤波可防止跳闸。隔离可能不是必需的，但在设计高压电路时应始终考虑。

 

 

　　图 7有源器件上的电压

　　有关电流镜和 Widlar 和 Wilson 电流源的一些背景信息，请参见：

　　电子电路设计， Ch 7.3， Savant， Roden， Carpenter

　　微电子电路和器件，第 8.3 章，霍伦斯坦

　　电子原理，第 1 部分 Ch 5.3 和第 2 部分 Ch 11.5，Ian B Thomas

　　Seagan Yi-O‘Kelly拥有工厂自动化和模拟设计方面的背景。