通过高压放大器扩展库仑计的输入电压范围

简介

库仑计可以测量流入或流出电池的电量。 LTC2941或LTC2943等小型专用器件可直接与低至中等电池电压接口，最高可达20V。您可以使用高压放大器作为电平转换来扩展测量电路的输入工作范围。 LT6375具有一些便捷功能，可以精确地工作到令人惊讶的宽电压范围。

电路描述

图1显示了低电平的典型连接电压库仑计，LTC2941。库仑计数器通过测量检测电阻两端的电压来操作，作为需要集成的电流的指示。关键点在于库仑计数器确实测量电压，并且只将其解释为电流，然后将其报告为电荷。如果你移除检测电阻，并以某种方式在库仑计数器的检测引脚上驱动另一个电压，它仍然会将该电压解释为电流并报告累积的电荷。

在图2中，LT6375输出连接到库仑计的检测引脚。 LT6375是一款差动放大器，这意味着运算放大器和精密电阻器的连接方式可以对差分输入电压进行电平转换。差动放大器的操作使其输出值为：

OUT = REF + GAIN *（IN + - IN - ）

LT6375驱动其输出引脚，但REF引脚必须连接到低阻抗源。同样，LTC2941在其SENSE + 引脚处需要一个低阻抗源，该引脚也是该器件的电源引脚。您可以将REF和SENSE + 连接到与I 2 C接口相同的逻辑电压轨，例如3.3V。通过将LT6375的OUT引脚连接到SENSE - 引脚，LT6375将在LTC2941的输入端施加输入之间的差异。实际上，LT6375可用作伪检测电阻。

精度

差动放大器的精度在很大程度上取决于电阻匹配。很明显，电阻失配会直接影响增益精度。但也许不太明显，实际上更严重的是，电阻不匹配会导致偏移误差。 1％的电阻不匹配会导致输出偏移等于电平转换电压的1％。例如，将48V输入电平转换为3V将导致450mV的偏移误差，这对于这种测量来说太大了。 LT6375A规定最小CMRR为97dB，这意味着45V电平转换会导致偏移小于640μV。

输入电压范围

设计时在高压电平转换电路中，需要采取预防措施以确保运算放大器输入保持在其有效工作范围内。 LT6375提供了实现这一目标的灵活性。首先，电源引脚本身的额定电压高达60V，因此在某些情况下，您可以从正在测量的电压为LT6375供电。这是图2中的布置，其中LT6375测量48V电源的电流。此外，LT6375内部的运算放大器具有独特的特性，即输入可以在高于电源引脚本身的电压下工作（Over-The-Top ®）。最后，LT6375还包括额外的精密电阻，可通过引脚配置来划分输入共模范围，同时保持差分增益等于1。在图3中，辅助参考引脚都连接到5V电源，它将 - 42V输入电压分压，使其在运算放大器的电源范围内。总而言之，LT6375可以在+ / - 270V输入范围内监控电源。

结论

非常精确的电阻与灵活的功能相结合，可以处理高电压，使LT6375能够精确地将检测电阻的电压电平降低到可以通过低压库仑计进行处理的水平。结果是一个紧凑的电路，可以在+ / - 270V之间的任何电压下测量累积电荷。