精确的高压正负供电轨电流检测

品慧电子讯本文组合实现了一款精确的高压正负供电轨电流检测解决方案，具有器件数量少、低成本、低功耗的特点。并且详述了其原理以及测试方法。

电路功能与优势

图1所示电路能够在直流电压高达±270 V的来源上监控双向电流，且线性误差小于1%。负载电流通过一个电路外部的分流电阻。分流电阻值应适当选择，使得在最大负载电流时分流电压约为100 mV。

AD629放大器精确测量和缓冲(G = 1)小差分输入电压，并抑制最高270 V的高共模电压。

双通道AD8622用于将AD629的输出放大100倍。AD8475漏斗放大器则对信号进行衰减(G = 0.4)，将其从单端转换成差分形式并进行电平转换，使其满足AD7170 Σ-Δ型ADC的模拟输入电压范围要求。

电隔离由四通道隔离器ADuM5402提供。这不仅是为了提供保护，而且还可将下游电路与高共模电压隔离开来。除了隔离输出数据以外，数字隔离器ADuM5402还为电路提供+5.0 V隔离电源。

AD7170的测量结果利用一个简单的双线SPI兼容串行接口，以数字代码形式提供。

这一器件组合实现了一款精确的高压正负供电轨电流检测解决方案，具有器件数量少、低成本、低功耗的特点。

图1：高共模电压双向隔离式电流监控器（未显示所有连接和去耦）

电路描述

该电路针对最大负载电流IMAX下100 mV的满量程分流电压而设计。因此，分流电阻值为RSHUNT = (500 mV)/(IMAX).

图2所示的AD629是一款内置薄膜电阻的差动放大器，支持最高±270 V的连续共模信号，并可提供高达±500 V的瞬变保护。当REF(+)和REF(?)接地时，该器件会将+IN引脚的信号衰减20倍，然后以20倍噪声增益放大信号，从而在输出端恢复原始幅度。

图2：AD629高共模电压差动放大器

在500 Hz时，AD629A的最小共模抑制比(CMRR)为77 dB，AD629B。

为了维持理想的共模抑制性能，需要满足几项重要条件。首先，器件抑制这些共模信号的能力由电源电压决定，如图3所示。如果无法实现足够电压的双电源，则共模抑制性能会下降。

图3：AD629共模电压范围与电源电压的关系

其次，AD629应仅采用内部匹配薄膜电阻在单位增益模式下工作。若使用外部电阻来更改增益，则会因失配误差而导致共模抑制性能下降。

AD8622是一款CMOS低功耗、精密、双通道、轨到轨输出运算放大器，主要用于放大目标信号。

通过级联两个增益为–10的反相增益级，AD629的100 mV满量程输出会放大100倍，从而获得10 V满量程信号。这些值可以是正值，也可以是负值，具体取决于电流方向。

AD8622的双电源允许输入和输出信号在高于地和低于地之间摆动，以便测量双向输入电流。

在转换成数字字之前的信号链最后一级上，AD8622输出电压接受调理，以适合ADC的模拟输入电压范围。图4所示的“漏斗放大器”AD8475提供两个可选衰减系数（0.4和0.8）。此外，信号会转换成差分形式，输出端的共模电压则由VOCM引脚上的电压决定。采用5 V单电源供电时，模拟输入电压范围为±12.5 V（对于单端输入）。

图4：AD8475漏斗放大器

如图1所示，输出共模电压由电阻分压器设置为2.5 V，而电阻分压器则由ADR435的5 V基准输出驱动。

• 第一页：该电路描述以及其功能及优势
• 第二页：该电路的评估及测试