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高侧电流检测电路设计

article 2024/9/25 11:13:58

  1 简介

          此单电源、高侧、低成本、电流检测解决方案可以检测 50mA 和 1A 之间的负载电流，并将其转换为 0.25V至 5V 的输出电压。高侧检测使系统能够识别接地短路，并且不会对负载造成接地干扰。           

2 设计目标

2.1 输入

  • I_{iMin} = 50mA
  • I_{iMax} = 1A

2.2 输出

  • ​​​V_{o Min} = 0.25V
  • V_{o Max} = 5V

2.3 电源

  • V_{cc} = 36V
  • V_{ee } = 0 V 

3 电路设计 

        根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

  • 直流共模抑制比 (CMRR) 性能取决于增益设置电阻器 R2-R5 的匹配情况
  • 增大分流电阻器的值会增加功耗
  • 确保共模电压处于放大器的线性输入运行区域内。共模电压由 R2、R3 和总线电压构成的电阻分压器设置。根据电阻分压器确定的共模电压，此应用可能不需要轨至轨输入 (RRI) 放大器
  • 与反馈电阻器并联放置的电容器将限制带宽、提高稳定性并有助于降低噪声

4 设计计算

        该电路的传递函数：

        V_{o} = I_{in}*R1*\frac{R_{5}}{R_{4}}

        其中R2=R4,R3=R5

  • 计算最大分流电阻，最大分流电压设置为100mV

           R_{1}=\frac{V_{iMax}}{I_{iMax}}=\frac{100mV}{1A } = 100m\Omega

  • 计算增益以设置最大输出摆幅

        Gain=\frac{V_{oMax}-V_{oMin}}{(I_{iMax}-I_{iMin})*R1}=\frac{5V - 0.25V}{(1A -0.05A)*R1} = 50\frac{V}{V}

  • 计算增益设置电阻器

        R2=R4=1.01KΩ

        R3= R5=R2*Gain =1.01 * 50 = 50.5kΩ  

  • 计算放大器的共模电压，确保以线性模式运行

        V_{cm}=V_{cc}*\frac{R_{1}}{R_{2}+R_{3}}=36*\frac{50.5k}{1.01 k+50.5k}=35.294V

  • 截止频率上限 (fH) 取决于此电路的同相增益（噪声增益）和运算放大器的增益带宽 (GBW)

        f_{H}=\frac{GBW}{Noise Gain}=\frac{10MHz}{51\frac{V}{V}}=196.1kHz

5 电路仿真

时域仿真：

频域仿真：


http://www.kler.cn/news/318819.html

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