高边电流检测电路的一些体会

高边电流检测电路的一些体会

2010-01-13 12:25

前一段做一个项目，是关于高边电流检测，所谓高边电流检测，也就是在电源和负载之间进行电流检测；

我们选择的MAXIM 的MAX9937.下面是他的介绍：

Maxim Integrated Products推出微型高边检流放大器MAX9937，采用外部电阻设置电压增益，大大提高了设计灵活性。MAX9937提供电池反向（错误）连接保护，还具有-20V至+40V感应

电压及瞬态（抛负载）保护。这些安全措施主要用于汽车电子控制单元（ECU），可检测控制电动助力转向、4轮驱动和防抱死刹车系统模块的电流，还可检测保险丝盒以监测故障。

MAX9937的输入共模范围为4V至28V，与VCC电

源电压（2.7V至5.5V）无关。当VCC为5V时，电源电流低至20 当VCC为0V时，检流电阻上的输入偏置电流仅为1^A,以使ECU关断期间电池消耗最小。

电压增益由两个外部电阻的分压比设置，精度与电阻有关。输入失调电压（VOS）非常小，仅

为±1.2mV（最大值）。

MAX9937提供微型、3mn K 3mm、5引脚SC70封装，封装无铅及卤化物，符合RoHS标准。该放大器工作在-40 C至+125 C汽车级温度范围。芯片起价为$0.58 （1000片起，美国离岸价）。

设计时一定要注意：1.采样输入端的电阻选择精度要高，如果不匹配容易产生误差。 2.该芯片是电流输出，所以输出管脚后面要加精密一点的电阻，电阻后面最好在加一个滤波电容。

其典型电路如下：

高端电流检测放大器性能分析

发布者：techshare 发布时间：2010-9-19 15:41

关键字：电流检测，放大器

在讨论器件功能时，检流放大器可以看作一个输入级浮空的仪表/差分放大器。这意味着即

使器件采用VCC=3.3V 或5V单电源供电，在输入共模电压远高于电源电压的条件下，器件仍然能够正常放大差分输入信号。检流放大器的共模电压可以很高，例如可以高达

28V（MAX4372 和MAX4173）或76V（MAX4080 和MAX4081）。

检流放大器的这一特性使其非常适合高端电流检测应用，这类应用往往需要对高压侧检流电

阻两端的微小电压进行放大，并馈入到低压ADC或低压模拟控制环路进行处理。这种情况

下，通常需要在信号源端（例如检流电阻两端）对电流检测信号进行滤波。可以采用差分滤波

器（图1）滤除负载电流和检流电压的毛刺”，也可以采用共模滤波器（图2）以增强在出现共

模电压尖峰或瞬时过压时的ESD保护能力。合理选择元件构建滤波器，如果元件选择不当，则会引入一些无法预知的失调电压和增益误差，降低电路性能。

滤波器的选择

MAX4173 检流放大器如图3所示，该器件的检流电阻可直接连接到芯片的RS+和RS-端。

器件内部的运算放大器将检流电阻两端的差分电压恢复成RG1两端的差分电压，即

ILOAD XRSENSE=VSENSE=IRG1 X RG1。然后，内部电流镜对电流IRG1进行电平转换和放大，产生输出电流IRGD。MAX4173 的内部电路中RGD=12k Q,而RG1=6k Q。

因此,

图1:采用差分滤波器消除负载电流的 毛刺

氏 i”【畑DhRtjDxGairi - liKH=Rc[vCfciirr V 泪就/Rm

由于RGD 和RG1为片上电阻，实际阻值会因不同的半导体工艺而产生多达 ±30%的差异。

但是，因为最终增益精度取决于

RGD 和RG1的比例，所以可以很好地控制增益，并在生

产过程中灵活调整。

/共模滤波器（如图1和图2所示）时，需要在检流电阻的 RSENSE+和RSENSE- 勺RS+和RS-引脚之间接入串联电阻，此时相当于改变了芯片的

由上面的等式可知，改变后的 RG1将引入增益误差。同时，由于

RG1的绝对误差最大可

，因此增益误差最大将达到 ±30%，由于这种误差的引入是随机的，所以无法控制 算误差。由此可见，控制增益误差的唯一办法是保证输入串联电阻 于 RG1 o

SENSE

LOAD

RS+

RS-

MAXIM

CURRENT-SENSE

AMPLIFIER

TO ADC

RG1 和 RG2。

RSENSE+远远小

RESISTOR

W\r

RSENSE-

RSERIES*

RSENSE+

SENSE

RESISTOR Ww

RSENSE-

RSERIES*

RSERfES-

LOAD

MAXIM CURRENT^SENSE AMPLIFIER

R$+

TO ADC

图2 :采用共模滤波器改善电压尖峰或出现共模过压时的ESD保护能力。

图3 : MAX4173 的内部功能框图。

另外，由于输入偏置电流的存在，电阻 根据MAX4173 和MAX4372 的数据资料，偏置IRS-等于两倍的IRS+，因此与RG1串 联的电阻RSERIES+应等于与RG2串联的电阻RSERIES-的两倍，以消除输入失调电压。 综上所述，只有在满足以下条件的情况下，在 RS+和RS-弓I 脚之间接入串联电阻后所构成

的滤波器可以获得最佳性能：

1. RSENSE+ 与RS+之间的串联电阻远小于 RG1 ;

VSOURCE

0 TO +28V

R SENSE

llOAD

—► TO LOAD BAKERY

+3V TO +28V

S+

G1

R 1 R

G

V

cc

RS RG

/ui/jxi/ki

MAX4173

CURRENT MIRROR

GND

VoUT

RG1和RG2之间的不匹配将会引入输入失调电压。