宽动态范围的高端电流检测:三种解决方案宽动态范围的高端电流检测:三种解决方案
简介 在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中,电流检测是精密闭环控制所必需
的关键功能。从安全至关重要的汽车和工业应用,到电源和效率至关重要的手持式设备,都能发现它的身影。
利用精密电流监控,设计人员可以获得关键的瞬时信息,例如电机扭矩(根据电机电流)、DC/DC转换器效
率、基站LDMOS(横向扩散MOS)功率晶体管的偏置电流,或者短接至地等诊断信息。 为了理解系统设
计人员在为电路板选择、成本效益的电流传感器时所面对的重要权衡、选择和挑战,我们将仔细讨论蜂窝基站
功率放大器的LDMOS偏置电流监控及其它相关应用中的电流检测。 电流监控在基站功率放大器中是必不可
少
简介简介
在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中,电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。从安全
至关重要的汽车和工业应用,到电源和效率至关重要的手持式设备,都能发现它的身影。利用精密电流监控,设计人员可以获
得关键的瞬时信息,例如电机扭矩(根据电机电流)、DC/DC转换器效率、基站LDMOS(横向扩散MOS)功率晶体管的偏置
电流,或者短接至地等诊断信息。
为了理解系统设计人员在为电路板选择、成本效益的电流传感器时所面对的重要权衡、选择和挑战,我们将仔细讨论蜂窝
基站功率放大器的LDMOS偏置电流监控及其它相关应用中的电流检测。
电流监控在基站功率放大器中是必不可少的,特别是在调制方法更为复杂的3G和LTE中,其峰均功率比从3GW-CDMA的
3.5dB(约2.2比1)到LTEOFDM的8.5dB(约7.1比1)不等,而大多数常用2G单载波GSM的峰均功率比为3dB(约2比1)。
控制环路功能之一是监控LDMOS偏置电流,以便能够针对给定的功率输出对LDMOS的偏置进行正确调制。通常情况下,此
直流偏置电流具有宽动态范围,具体视工作条件、值或非峰值操作而定。对设计人员而言,这意味着需要一个精密电流传感器
来监控50mA(或者低至15mA)1至20A范围内的电流,而LDMOS的漏极则偏置到28V至60V范围内的一个高压。如果利用分
流电阻来监控此电流,则设计人员只能使用非常小的分流电阻,否则当LDMOS电流为20A时,其功耗将非常大。例如,在电
流时,即使10mΩ分流电阻也会消耗4W功率。
虽然存在能够承受这一功率的分流电阻,但电路板可能要求较低功耗。然而,如果选择如此低的电阻值,则在低电流(如
50mA)时,10mΩ分流电阻上的电压将极其微小(500μV),难以利用一个同时还必须承受高共模电压的电路进行精密监控。
本文将重点讨论能够在高共模电压下监控宽范围直流电流的电流检测解决方案。同时还会特别关注温度性能这一重要参
数,它常常难以校准,但在功率放大器室外应用中必须谨慎对待。本文将按照设计复杂度从高到低的顺序介绍三种可选解决方
案,它们能针对各种不同的应用提供可行的高精度、高分辨率电流检测。
1.使用运算放大器、电阻和齐纳二极管等分立器件来构建电流传感器。这种解决方案以零漂移放大器AD8628为器件。
2.使用AD8210等高压双向分流.来提高集成度,并利用其它外部器件来扩展动态范围和精度。
3.采用针对应用而优化的器件,例如推出的AD8217。AD8217是一款易于使用且高度集成的零漂移电流传感器,输入共
模电压范围为4.5V至80V。
配置一个标准运算放大器进行高端电流检测 配置一个标准运算放大器进行高端电流检测
图1所示为一个采用AD8628.的基于运算放大器的分立解决方案。采用其它运算放大器时同一设置也有效,但必须尽可能
具有下列特性:低输入失调电压、低失调电压漂移、低输入偏置电流和轨到轨输入输出摆幅能力。推荐的其它放大器包括
AD8538, AD8571,和AD8551.
图1.使用运算放大器的分立式大电流检测解决方案
此电路监控高端电流I.放大器通过齐纳二极管打开偏置,本例中其额定值为5.1V。二极管的使用确保放大器能够在高共模
电平下安全地工作,并且其电源电压稳定在容许的电源限值以内,同时MOSFET将其输出转换为电流,进而由电阻RL.转换为
以地为参考的电压。这样,输出电压就能馈送至转换器、模拟处理器和其它以地为参考的器件(如运算放大器或比较器),以
便做进一步的信号调理。