核心器件: ad8205

ad8205是美國模擬器件公司推出的一種單電源高性能差分放大器，典型單電源供電電壓為5v，其共模電壓輸入范圍為-2~65v，可以耐受-5~+70v的輸入共模電壓，適用于高共模電壓情況下檢測小差分電壓的工業(yè)設(shè)備中。它的增益固定為50v/v，工作溫度范圍為-40~+125℃，失調(diào)電壓溫漂小于15μv/℃，增益溫漂小于30ppm/℃(環(huán)境溫度可高達(dá)125℃)，在整個規(guī)定溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的直流性能，其從直流到100khz的頻帶范圍內(nèi)具有高達(dá)80db的共模抑制比。因此其測量環(huán)路誤差小，精度高，非常適合用于馬達(dá)控制、傳動控制、磁懸浮控制、車輛動力控制、燃料噴射控制、引擎管理和dc-dc變換等控制系統(tǒng)中。

圖1 高側(cè)電流傳感器ad8205內(nèi)部電路原理圖

內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及其工作原理

ad8205的內(nèi)部電路由a1和a2兩個集成運放和一個電阻網(wǎng)絡(luò)，以及一個小參考電壓源和偏置電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

a1的前置衰減由電阻ra、rb、rc組成，可將共模電壓衰減到合適的輸入電壓范圍內(nèi)。兩組衰減器構(gòu)成橋式網(wǎng)絡(luò)，衰減率為1/16.7。輸入信號經(jīng)過衰減以后，使得輸入信號的幅值保持在供電電源電壓范圍以內(nèi)，當(dāng)輸入電壓超過供電電源電壓或低于公共地端的電壓時，內(nèi)部參考電壓起作用，使得放大器在輸入負(fù)共模電壓信號時仍然可以正常工作。當(dāng)電橋平衡時，共模電壓信號產(chǎn)生的差分輸入信號為0v。當(dāng)然，輸入網(wǎng)絡(luò)同時也衰減了輸入差分電壓信號，放大器a1將衰減后的信號放大26倍，其輸入和輸出都采用差分形式以獲得最大的交流共模抑制比。另外電阻ra、rb、rc、rd和rf通過激光校準(zhǔn)后的電阻匹配率優(yōu)于0.01%，這種高精度校準(zhǔn)使得器件能夠獲得超過80db的共模抑制比。

放大器a2將a1輸出的差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號，并放大32.15倍。參考輸入端vref1和vref2都經(jīng)過電阻rref連接到a2的同相輸入端，使得輸出可以任意調(diào)整到所需要的輸出電壓范圍內(nèi)。當(dāng)兩個參考輸入端并聯(lián)使用時，參考電壓從輸入到輸出的增益為1v/v；當(dāng)單獨使用任何一個參考輸入端時，其增益為0.5v/v。ad8205的總增益由衰減電路的衰減率1/16.7、a1的放大倍數(shù)26和a2的放大倍數(shù)32.15構(gòu)成。ad8205具有300μa的吸收下拉電流能力，采用a類pnp管接上拉電阻輸出。

輸出方式設(shè)置

單極性輸出

此方式一般用來測量流過采樣電阻上的單方向變化的電流。有兩種基本模式：以地為參考和以v+為參考的輸出模式。在單極性工作模式下，當(dāng)差分輸入為0時，輸出可以偏置到負(fù)向(接近地)或正向峰值(v+)。當(dāng)差分電壓加到輸入端時，輸出將反向移動到峰值。這時滿幅輸出所對應(yīng)的輸入差分電壓幅值接近100mv，它的極性由輸出電壓的靜態(tài)設(shè)置所決定。當(dāng)偏置到正向峰值時，輸入差分電壓應(yīng)該為負(fù)，輸出由正向峰值下降；反之，若靜態(tài)偏置到地，則輸入差分電壓應(yīng)該為正，輸出由0上升。

圖2 單極性輸出連接方式

圖3 雙極性輸出連接方式

圖4 電路配置方式

以地為參考的輸出連接方式如圖2(a)所示。它的兩個參考輸入端都接到地上，當(dāng)輸入的差分電壓為0時，其輸出被偏置到反相峰值(約0.05v)。

以v+為參考的輸出連接方式如圖2(b)所示。它的兩個參考輸入端都連接到正電源上，當(dāng)輸入的差分電壓為0時，其輸出被偏置到正相峰值(約4.8v)。

雙極性輸出

雙極性輸出時ad8205可以測量流過采樣電阻上的雙向電流，這時，輸出可以偏置到輸出范圍內(nèi)的任意位置。當(dāng)被檢測的正反兩個方向上的電流為等幅時，其輸出必須偏置到滿量程輸出的中間位置。當(dāng)雙向電流幅值不對稱時，輸出偏置可以對應(yīng)地偏離半量程位置。它的兩個參考輸入vref1和vref2分別連接一個內(nèi)部電阻rref后接到同一個內(nèi)部偏置節(jié)點，這兩個參考輸入端的操作方式完全相同。在兩個參考電壓輸入端接入對應(yīng)的電壓，即可完成對輸出的偏置。在雙極性輸出方式下，一般有以下兩種連接方式。

1)當(dāng)輸入雙向電流幅值相同時，將兩個參考電壓輸入端都連接到一個外部參考電壓源的輸出端，如圖3(a)所示連接。當(dāng)輸入電壓相