前语
上桥臂电流检测一般选用支撑扩展共模电压的专用器材，可是专用器材也有自身的约束，例如，当共模电压高于100V时，专用运放还能精确地丈量电流吗?传统5V运放好像彻底不适用这种丈量。可是，在添加几个外部器材后，咱们将会发现，低压运放彻底能够精确地丈量上桥臂电流，并且没有任何共模电压约束。
电路示意图及原理简介
本文所评论的运用规划是丈量150V工业电机控制器的电流。如图1所示，为能够精确地丈量很小的电流值，咱们运用了一个分流器合作一个高精度5V运放。
图1：典型运用
莫非150V输入电压不会焚毁运放吗?假如V1电压是用于给榜首级运放OP_A供给正电压(Vcc_H)，就不会发生这种状况。
假如衔接一个击穿电压为4.7V的齐纳二极管，则会为榜首级运放OP_A生成负电压 (Vcc_L)。这样，OP_A的电源电压是4.7V，是Vcc_L=145.3V与 Vcc_H=150V的差值。
电阻Rz为齐纳二极管供给偏置电流(~5mA)，并为运放的偏置电流供给回路(~40µA)。
Vsense是电流经过电阻Rsense时发生的电压，被电阻R1、R2、R3和R4扩大。
P-MOSFET(BSP2220)输出高精度电流，与流经Rsense的电流成正比;该电流经过R4电阻时生成对地电压Vo，与上桥臂电流成正比。榜首级的输出电压可由下面的方程式1得出：
Vo=(Vsense/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3) …………………(1)
第二级运放OP_B用于按捺Vo电压。在加装电阻R5后，当发动阶段有大电流经过输入引脚时，能够维护OP_B的内部ESD二极管。
电机控制电路耗费的最大电流是100A。因而，运用一个100µΩ分流器时，Vsense最大值为10mV。最大输出电压取决于Vsense电压和R4上的终究输出电流。由于由微控制器的ADC来处理，所以最大输出电压Vo有必要高于3.3V。
为确保体系正常作业，有必要细心挑选这些器材参数。为了使OP_A输出不饱满，在挑选参数时有必要确保|Vgs|电压值很小。
由于Ids坚持低电流有助于完成这个方针，所以咱们挑选一个高电阻的R4。
为防止运放输出饱满，榜首级运放OP_A的增益由R2/R1比确认，不应该过高。
在挑选器材参数时，咱们不得不折衷考虑，有必要恪守方程式2:
|Vgs max| < Vzener-(R3.(R1+R2))/(R4.(R1+R2+R3) ).Vo_max …………………(2)
• 其间，Vgmax是使电流Id_max=(Vo_max)/R4进入晶体管所需的Vgs电压，且Vzener=Vcc_H – Vcc_L
现在咱们看一下这个体系的精度问题。导致扩大器
精度差的首要原因是电阻不匹配和失调电压。
差错剖析
电阻不匹配对丈量精度的影响
假定所用电阻完美匹配，经过方程式1能够得出输出电压。不幸地是，实际状况并不是这样，由于电阻自身也有自己的精度。
用下面的公式能够得出因电阻不匹配而形成的增益差错：
V0=((Isense*Rshunt)/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3).[1+((2R1+4R2+2R3)/(R1+R2+R3)). εα+ εRshunt] ……(3)
• 其间εα是电阻的精度，εRshunt是分流器的精度。
从方程式3不难看出，R2电阻对差错的影响最大，所以该电阻器有必要挑选阻值尽或许小(10kΩ)的电阻。留意，R1和R3的阻值之和应该高且均衡，只要这样才干获得抱负增益，由于理论上R1阻值小能够按捺噪声。
Vio对精度的影响
输入失调电压是有必要考虑另一个差错，在上面的运用中，咱们挑选了一个斩波扩大器TSZ121，由于这款产品的Vio电压极低，在作业温度范围内仅8µV。特别是丈量特别小的电流时，这个差错十分杰出。
考虑到传递函数，Vio能够表明成:
Vout=((Vsense±Vio1)/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3)±Vio2 ………………… (4)
• 其间Vio1是榜首级运放(OP_A)的输入失调电压，Vio2是第二级运放(OP1_ B)的输入失调电压。由于TSZ121的输入失调电压极低，所以Vio2能够忽略不计。
总差错
为了澄清输出总差错，咱们有必要把电阻不匹配和运放失调考虑进去。终究，输出电压能够表明为方程式5:
Vo=((Isense*Rshunt))/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3).[1+((2R1+4R2+2R3)/(R1+R2+R3)).εα+ εRshunt]±(Vio/R1).(R4/R3).(R1+R2+R3) ………………… (5)
图2和图3表明在作业温度范围内或许呈现的最大差错，考虑到了分流器的精度。
图2：总差错，假定电阻精度为1%，Rshunt精度为 1%
图3：总差错，假定电阻精度为1%，Rshunt精度为 1%
定论
专用扩大器一般用于上桥臂电流检测，可是在共模电压高于70V的运用中，应该改用传统的5V运放。
上桥臂电流的检测能够运用高精度运放如TSZ121扩大器，为了作业在5V电平转化电路内，需求一个齐纳二极管合作扩大器。
咱们考虑到了电阻和扩大器引起的某些差错。为获得杰出的电流丈量精度，咱们主张运用0.1%精度电阻。
(作者：Nicolas AUPETIT, 意法半导体公司)
