将电流检测放大器的输入范围扩展至低至0V

增加一个电荷泵可为高端电流检测放大器内部的运算放大器提供±5V电源轨。这种修改使该放大器能够检测低至0V共模输入的电流。该电路可以修改以适应双向电流检测应用。

除了传统的铅酸电池外，现代电动/混合动力汽车通常还包括一个40法拉或更大的大电容器作为备用电源。大电容器位于后排座椅下方，用作备用电源，为电子制动系统供电，以便在发动机和电池发生故障时安全停止车辆。铅酸电池只能放电到约8V，但电容器可以放电到0V。因此，需要一个能够测量低至0V输入的电流检测放大器。

大多数高端电流检测放大器的工作在有限的共模输入和电源电压范围内。以MAX4081为例，其共模输入和电源电压范围为76V至4.5V。要设置零负载电流点（对应于零负载电流的电压输出，其中V意义= 0V）对于双向（充电/放电）电流检测应用，通常将外部基准（+2.5V）连接到基准输入（REF）。然而，对于MAX4081，4.5V的共模下限禁止在需要靠近地电流检测的应用中使用。

这个问题可以通过将电荷泵连接到电路来解决（图1）。微型电荷泵（IC2）采用+5V供电，电流检测放大器也是如此。电荷泵（-5V）的输出在IC1的“GND”引脚上充当负电源电压。REFA 和 REFB 连接到电路接地。

图1.在该电流检测放大器上增加一个-5V电源轨，将其共模下限从4.5V扩展至0V。

IC1的内部运算放大器（A2）现在采用±5V电源轨（10V量程）工作，其同相输入（REF引脚）位于0V中轨电平。对于 V意义= 0V，输出电压为0V。意义然后随着负载电流的增加而增加，根据器件编号的增益后缀 F、T 或 S，产生 5x、20x 或 60x 的输出。有效共模范围现在扩展为0V至+70V，原始规格保持不变（五操作系统< 0.6mV，增益误差<0.6%）。

您 还 可以 为 采用 单 电源 电压 的 双向 电流 检测 应用 配置 该 电路（图 2）。ADC基准输出驱动REFA引脚，以设置IC1的零负载电流点。例如，对于20V/V的增益选项，如果ADC基准电压为+5V，则在零负载电流下，ADC的输出将为+2.5V。当电流从电池流向负载时，V意义可以从0V增加到+100mV，输出电压将增加+2.0V至+4.5V。如果相同的大电流以相反方向流动（为电池充电），OUT将从其零电流水平降低-2V，从而从2.5V降至0.5V，以使用0V至5V ADC输入监视双向电流。

图2.将基准电压从ADC连接到电流检测放大器，电路可以监视双向电流

图1电路（图3和图4）的测试结果显示，电流检测放大器的共模电压（GND连接到-5V）降至-2.8V。相比之下，标准应用的共模电压（GND连接到0V）仅降至+2.3V。然而，当“GND”引脚上的-5V电荷泵以及REFA和REFB连接到电路GND时，输出摆动可能接近±5V或低于电路GND。

图3.如图1所示的输出电压图所示，增加电荷泵将IC1的共模范围扩大到地电位以下2.8V。

图4.对于图1和图2中的IC1，工作增益为60V/V，共模电压为0V，V外与 V意义在整个 V 上呈线性意义范围（-80mV 至 +80mV）。

IC1的典型电源电流（103μA）为IC2提供小负载电流，可防止输出端过载和电压下降。当输出低于GND时要小心，负载电流然后从IC1的GND端子流入电荷泵，电荷泵的负输出会因此下降（上升至0V）。作为对策，可以在电荷泵中使用更大的电容或限制检测放大器的输出电压。

审核编辑：郭婷