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檢流放大器的瞬態(tài)過壓保護(hù)

發(fā)布時間:2011-06-10

中心議題:

  • 檢流放大器的瞬態(tài)過壓保護(hù)電路設(shè)計

解決方案:

  • 檢流放大器過壓保護(hù)實例分析


有些電流檢測放大器經(jīng)常受到高壓沖擊,例如,在汽車中監(jiān)測電池放電電流的檢流放大器,必須能夠承受高壓拋負(fù)載脈沖,這個高壓脈沖是當(dāng)負(fù)載與電池斷開時產(chǎn)生感應(yīng)尖峰電壓,最終在電機(jī)輸出端出現(xiàn)一個高壓脈沖。如果這個脈沖超過了放大器的共模電壓,則必須提供附加的外部電路保護(hù)放大器。
 

圖1給出了一個過壓保護(hù)例子,由齊納二極管Z1和Z2、電阻R1和R2以及二極管D1組成。MAX4372放大器的共模電壓范圍為0至28V,足以測量6V至18V范圍的汽車電池電壓。但是,拋負(fù)載電壓可能達(dá)到35V,而且會持續(xù)0.5秒,恰好超過了放大器的30V最大額定輸入電壓,必須通過外部電路保護(hù)放大器。


圖1. 該檢流放大器帶有保護(hù)電路(上部電路元件),適合于共模電壓高于30V的應(yīng)用。
 

采用不同的輸入保護(hù)電阻R1和R2 (分別為2kΩ和1kΩ),可以避免輸入失調(diào)電壓引起的額外誤差,能夠平衡放大器偏置電流不均衡造成的影響。關(guān)于這些電阻的選擇,請參考應(yīng)用筆記3888:“帶有輸入串聯(lián)電阻的電流檢測放大器的性能”。

齊納二極管Z1和Z2的標(biāo)稱擊穿電壓為24V,這兩個管子的耗散功率足以在35V峰值拋負(fù)載條件(35V拋負(fù)載電壓減去1kΩ串聯(lián)電阻R2的24V鉗位電壓)下承受大約11mA吸電流。

圖2是當(dāng)移走D1時,35V拋負(fù)載脈沖下放大器的輸出。施加電壓為電池標(biāo)稱電壓,所要求的輸出電壓為1V (輸入VSENSE = 50mV、增益 = 20)。出現(xiàn)拋負(fù)載電壓時,齊納管把輸入共模電壓鉗位在大約24V,放大器輸出經(jīng)過幾個短暫的波動后穩(wěn)定到0V。


圖2. 移走二極管D1后,圖1電路的工作波形。
 

雖然標(biāo)稱電壓為24V,兩個齊納管因為個體差異和不同的工作電流(Z1工作電流是5.5mA,Z2為11mA),其擊穿電壓存在一定的差異。因此,(VZ1 - VZ2)作為差模檢測電壓會產(chǎn)生一個所不希望的輸出瞬變。如果想消除這一瞬態(tài)電壓,可以在Z1或Z2上串聯(lián)一個二極管。二極管會在拋負(fù)載時使(VZ1 - VZ2)置于正值或負(fù)值,在放大器輸出端轉(zhuǎn)換成電源擺幅的輸出(VCC或GND),避免輸入瞬變時產(chǎn)生隨機(jī)的輸出波動。

圖3a所示為二極管與Z1串聯(lián)時電路的工作情況,放大器輸出被置于正電源電壓。圖3b所示為二極管與Z2串聯(lián)時的情況,電路迫使放大器輸出置于負(fù)電源電壓。


圖3. 圖1電路中,D1分別與Z1 (a)、Z2 (b)串聯(lián)時,電路的工作波形。

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