高边电流检测放大器工作在高电压

该电路修改标准32V高端电流监视器，以测量负载电流（至30mA），同时适应任何级别的高电压，但受外部元件的限制。（所示组件允许测量至4A。

介绍

测量执行器或电机中电流的最简单技术是通过检测负载和接地之间添加的小电阻元件上的压降来监控其接地电流。由于该器件及其相关电子器件共享相同的接地电位，因此您只需放大接地电流信号。

然而，这种方法无法检测到器件接地短路，这可能会使高端驱动电路过载。为了减轻这种潜在的故障情况，高端电流监测器将检测电流监测器下游的短路和类似故障。

高端电流监控具有优势，但由于缺乏能够处理工业中使用的高电压电平（从 24V 到许多 100 伏）的设备，其使用受到限制。现成的器件可以工作在32V和76VDC，但即使是76VDC也不足以满足许多应用的需求。图1显示了使标准32V器件适应任何电压电平的简单方法，但受外部元件的限制。（显示的组件支持 130V。负载电流大于30mA时，精度优于1%。

图1.所示组件使36V高端电流监控IC（U1）能够在高达130V的共模电压下工作。 （对于更高的电压，请按照文中的建议重新调整R1的大小。

选择U1作为其电流输出级，它允许轻松实现将输出信号电平转换到地所需的电流镜。然后，使用A/D转换器或比较器轻松监控以地为参考的信号。

在该应用中，施加到负载的电流在存在130VDC共模电平的情况下进行监控。首先，确保 Rs+、Rs- 和 V+ 引脚没有违反 U1 的绝对最大额定值（相对于 GND 引脚的 36VDC）。为此，24V 齐纳二极管 Z1 将 V+、Rs+ 和 GND 引脚之间的电压限制为 24V。因此，这些引脚之间的典型电压为24V减去Q1的Vbe或23.3V。

该电路的电流约为700μA。 注意：制造商建议的偏置电流为500μA，但齐纳二极管的di/dt斜率在300μA以下变为负值，这会带来噪声甚至振荡（图2）。最小额定偏置（300μA至500μA）设置R1的最大值，R1和D1组合的最大允许功耗设置R1的最小值。因此，对于100V至250V之间的电源轨，合理的R1值介于150kΩ至225kΩ之间（本例中为150kΩ）。

源阻抗）变为负值，产生额外的噪声和振荡的可能性。

图2.Vzener 与 Izener 的曲线图（图 1 中的齐纳二极管）表示对应于高端电压和 R1 的各种组合的 Izener 值。对于低于~400mA的偏置电流，请注意，该曲线的斜率（表示齐纳二极管的动态源阻抗）变为负，从而产生额外的噪声和振荡的可能性。

Q1和R1形成并联稳压器。Q1 被选为其最大 VCE额定值 （-300V）、高增益 （1.0mA 时为 100V/V） 和功率处理能力 （500mW）。输出电流与 Rs+ 和 Rs- 之间的电压差 （Vsense） 成正比：Iout = Gm x Vsense，其中 Vsense = Rsense x Iload。U1的Gm为10mA/V。如果最大监控负载电流 （Iload） 为 4A，且 Rsense = 10mΩ，则最大 Iout 为 10mA/V x 10mΩ x 4A = 400uA。

因此，Iout与Iload成正比，最大预期输出为400uA。对于宽动态范围的应用，其中Vsense可以接近内部差分对（700mV）的绝对最大额定值，则应通过在Rsense和Rs+之间以及Rsense和Rs-之间增加串联电阻来保护检测引脚。当Rs+至Rs-之差为700mV时，应选择电阻值以将输入电流限制为<10mA。

Iout现在与Iload成正比，但为了便于监控，必须通过由Q2和R2组成的电流镜将其水平移至地。Q2的高增益迫使集电极电流接近发射极电流，施加于R2时产生可在Vout处测量的电压。与Q1一样，Q2需要最大Vce额定值为-240V（所示器件额定值为-300V）。

Vout现在等于Iout x R2（由于Q2基极电流流出，Q2集电极的实际输出电流略低。Iload = 4A 时，Vout = 400uA x 10.0KΩ = 4.0V。通过适当选择Q1、Q2和基极电阻R1，可以适应工作电压更低或更高的设计。

审核编辑：郭婷