将差分输出（阻隔式）扩大器产品衔接到单端输入ADC
不管您是检测工业三相伺服电机体系、电动汽车电池管 理体系仍是光伏逆变器中的电流，一般都需求包括某种 安全阻隔计划。安全相关规范界说了与特定规划相关的 终端设备特定阻隔要求。确认所需安全绝缘等级（根本、弥补或增强）需求考虑各种因素，详细取决于设备 类型、所触及的电压水平以及设备的装置环境。
TI 供给了各种用于电压和电流分流检测的阻隔式分流扩大产品，可满意根本或增强型阻隔要求。关于需求增强型阻隔的运用，AMC1301 输出 环绕 1.44V 共模电压改变的全差分信号，能够直接馈送到独立模数转换器 （ADC） 中（如图 1 所示），或许馈 送到 MSP430TM 和 C2000TM 微控制器系列的板载ADC中。
嵌入式 ADC
MSP430 和 C2000 处理器系列都具有嵌入式单端输入 ADC – 因而问题 变为“怎么将该差分信号传输到我的 单端数据转换器中？”为到达这一方针，最简略的办法 是仅运用 AMC1301 的一个输出，将第二个输出悬空。 该解决计划的缺陷是数据转换器只能运用一半的输出电 压摆幅，然后下降了丈量的动态规模。AMC1301 的模仿 输入规模是 ±250mV。在 8.2 的固定增益下，VOUTN 和 VOUTP 电压为 ±1.025V，环绕 1.44V 共模输出电 压改变，如图 2 所示。差分输出电压为 ±2.05V。
经过添加差分转单端扩大器
输出级（如图 3 所示）， 使 ADC 能够完成 AMC1301 的整个输出规模。
假定在 VIN 处施加 ±250mV 的满量程 正弦波，AMC1301 的内部增益将在相位差为 180 度的 V OUTP 和 VOUTN 点供给 2.05V 的峰峰值输出。这些信号 之间的差值 VODIF 具有 4.1V 的峰峰值。当 R1 = R4 且 R2 = R3 时，公式 1 显现了输出级的传递函数：
在公式 1 中为 R1 至 R4 运用等值电阻器并将 VCM 设 置为 2.5V，则公式 1 简化为公式 2：
图 4 显现了 AMC1301 的输入和输出电压， 终究差分转单端输出级的输出电压。全新 差分电压可转换为 0.5V 至 4.5V 的单端信号。
依据 ADC 的输入电压规模，您能够将增益或衰减归入差分转单端级，以调整输出摆幅。输出共模电压是可调的，以供一起满意 ADC 的输入需求。
规划示例
大多数 MSP430 器材上的嵌入式 ADC 在运用内部电压 基按时的输入电压规模为 0V-2.5V。运用 AMC1301 的 VOUTP 将为 ADC 供给 0.415V 至 2.465V 的输入信 号，该信号彻底处于转换器的输入规模内，一起仅运用 AMC1301 的一半输入规模。如图 5 所示，经过运用增 益为 0.5 的差分转单端扩大器装备和 1.25V 的共模电压，AMC1301 的整个电压规模适用 于 ADC。
以 MC1301 的单个输出来驱动使 单端 ADC，但在输出端添加虽用 差分转单端运算扩大器级可然A保证方针运用具有最大的或许动态规模。
备选器材主张
AMC1100 或 AMC1200 以较低的价格供给与 AMC1301 性 能相似的根本阻隔。关于需求双极输出选项的运用， TLV170 是很好的挑选。
打破分立式电流检测扩大器的最大共模规模
关于高侧电源电流检测需求，您有必要了解电源的最大电压额外值。最大电源电压将决议电流检测扩大器的选 择。电流检测扩大器的共模电压应超越电源上的最大电 压。例如， 假如您要在瞬态电压不超越 96V 的 48V 电源上丈量 电流，则需求规划一个最大共模电压支撑 96V 的电流 检测扩大器。
关于一个 400V 电源，您需求挑选共模 电压支撑 400V 的电流检测扩大器。 假如您需求完成小于 1% 精度的方针，那么高压、高侧电流检测的本钱或许会很贵重。关于高于 90V 的 共模电压，电流检测扩大器的挑选一般 仅限于或许很贵重且需求巨大物料清单 （BOM） 的阻隔 技能。可是，经过添加一些廉价的外部组件（如电阻 器、二极管和 P 沟道金属氧化物半导体 （PMOS） 场效 应晶体管 （FET），能够将低压共模电流检测扩大器扩展到超出其最大额外值。
选用电阻器的共模电压分压器
监测高压高侧电流检测的 最简略办法是在规划中选用具有外部输入电压分压器 的低压电流检测扩大器。例如，假如您为 80V 运用 挑选 40V 共模电压扩大器，则需求 将 80V 输入共模电压 拆分为 40V 共模电压。您能够运用外部电阻分压器来拆分该 电压，如图 1 所示。
不过，这是一种简略的规划办法，其优缺陷很明显。 扩大器的增益差错和共模抑制比 （CMRR） 取决于外部输入分压器电阻器的精度和匹配度。除了增益差错和 CMRR 差错之外，外部电阻 器的容差也会引起输入电压的不平衡，然后导致额外的输出差错。
此差错会随温度的升高而添加，详细取决于电阻器的漂移标准。 一种最大程度地减小输出差错的办法是运用匹配 0. 1% 精度的低温度漂移外部电阻分压器。
扩展电流输出扩大器的共模规模
因为分压用具有输出差错和功能下降的严重后果，因而 另一种办法是将电流输出扩大器的接地基准移到高压共 模节点，如图 2 所示。图 2 答应在超出 INA168 额外 共模电压 （60V） 的更高电压下进行电流检测。 经过规划恰当的 PMOS FET （Q1），您可将此技能扩展到任何超 过 60V 的电压。
在图 2 中，齐纳二极管 DZ1 用于调理电流分流监控器作业的电源电压，该电压会相关于电源电压起浮。 DZ1 可在预期的电源电压规模（一般为 5.1V 至 56 V）内为 IC1 和 Q1 的组合供给满意的作业电压。选 择 R1 可将 DZ1 的偏置电流设置为某个大于 IC1 最 大静态电流的值。
图 2 中显现的 INA168 在 400V 时的最大额外值 为 90μA。DZ1 中的偏置电流在 400V 时约为 1m A，远高于 IC1 的最大电流（所选的偏置电流值 能够将 R1 中的耗散限制为小于 0.1W）。将 P 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 （MOSFET） Q1 衔接到共源共栅扩大器，可将 IC1 的输出电流降至接地 电平或更低。晶体管 Q1 的 额外电压应比总电源与 DZ1 之间的差值高几伏特，因 为 Q1 源极上会呈现向上电压摇摆。挑选 RL（IC1 的 负载电阻器）时假定 IC1 是独自运用的。Q1 的共源共 栅扩大器衔接可保证运用 IC1 时可远高于其正常的 60 V 额外值。图 2 中显现的示例电路是专为 400V 作业电压规划的。
扩展功率监视器的共模电压规模高压体系（40V 至 400V）的体系优化和功耗监控若经过精确施行，能够改进体系功耗办理和功率。了解电流、电压和体系功耗信息有利于确诊毛病或核算体系的总功耗。监控毛病和功耗优化可防止过早呈现毛病并明显下降功耗（经过优化体系封闭和唤醒）。
图 3 阐明了怎么在支撑 40V 至 400V 体系的运用中采 用 36V 共模电压功耗监控器材 INA226。图 2 显现了用于将分流电阻器上的感应电压镜像到精细电阻器 R1 上的精细轨至轨 OPA333 运算扩大器。 OPA333 在其电源引脚之间运用 5.1V 齐纳二极管起浮高达 400V。
该运算扩大器用于驱动电流跟从 器装备中的 600V PFET 的栅极。经过挑选低走漏 PF ET，即便在丈量的低端也能取得精确的读数。R1 上的电压可设置 FET 的漏极电流。
经过使 FET 漏极中的电阻器 R2 匹配为等于 R1，R2 大将构成 VSEN SE 电压 （VR2）。INA226 电流监控器的输入端衔接在 R2 上，用于电流检测。因而，该电流监控器不需求高共模才能，因为它只能检测到在 VSENSE（一般小于 100mV）左右徜徉的共模电压。INA226 是具有 I2C 接口的高精度电流/电压/功率监控器。
INA226 还能够检测小于 36V 的总线电压。因为此处运用的总线电压为 400V，因而选用分压器将高压总 线降压到 INA226 共模规模内的电压。选用 64 的比率后，总线电压的最低有用位 （LSB） 能够相应地增减， 以取得实践的总线电压读数。在这种状况下，您能够运用修改后的 80mV LSB。为分压器挑选精细电阻器有助于坚持总线丈量精度。
双 DRV425 汇流条运用的规划留意事项
（本文档是对“汇流条作业原理”运用陈述和 “双 DRV425 汇流条运用规划留意事项”TI 运用手册的 弥补。）
可用来感应电流的办法有许多种。大多数运用都根据分 流电阻器上的电压丈量。该办法很难处理高电流 （》100A） 和/或高电压 （》100V）。关于超出这些水平的设 计，根据磁场的电流检测是 一种常见的解决计划。在根据磁场的解决计划中，测 量的磁 场 （B） 与电流 （I） 成正比，与到电流承载导体的间隔 （r） 成反比（安培规律），如图 1 所示。
能够运用两个 DRV425 集成磁通门磁场传感器（放置 在汇流条中心的镂空中）来检测流经汇流条的高电 流。 因为电流在镂空周围 被分为持平的两部分，因而会在镂空的每侧周围产生一 个磁场梯度。镂空内存在的磁场线沿相反的方向活动。 DRV425 器材的最大磁场感应规模为 2mT。在运用该实 现办法进行设计时，您需求查明体系级留意事项，以防 超出该最大规模。该规划的功能受镂空装备、DRV425 的印刷电路板 （PCB） 布局方向和杂散搅扰磁场方位的影响。
TI 主张的施行方法是在汇流条中心构成一个孔，使 DRV425 器材灵敏度轴在 PCB 上沿笔直方向，如图 2 所 示。当孔坐落汇流条中心时，电流将在孔的周围被分为持平的部分。因为磁场与 电流活动方向笔直，因而该孔会在电流在其周围活动时 对孔内的磁场进行扩大。
孔的尺度需求尽或许小，但至少要大于为双 DRV425 器 件规划的 PCB 的宽度。孔越小，镂空的每侧生成的磁场就越大。孔每侧周围的磁场呈椭圆形，而且方向在镂 空内互相相反。镂空的每侧产生的磁场强度在镂空中心为零，跟着向镂空的边际移动逐步增大。每个磁场的强度将在镂空内的 y 轴中到达最大。这使得沿着 PCB 笔直方向的每个 DRV425 器材能够检测到所需磁场的较大强度。
每个器材的灵敏度轴在 PCB 上沿着相反的方向，然后能够丈量到两倍的所需磁场。该方向的另一个优点是能够下降或消除任何杂散磁场的影响，因为它们 仅 在镂空内沿一个方向活动。
不过，该装备并非对一切体系都有用。留意规划中所 有磁场的影响是完成最佳功能的要害。让我们来研讨 一下挑选不同装备的或许原因。
孔与槽
因为当电流环绕在孔周围时磁场会扩大，因而主张运用孔。因为杂散磁场不会因为孔而产生任何扩大，因而该装备可供给更佳的信噪比水平。 但也有两种运用槽装备的原因：
• 低电流/小汇流条。当运用笔直 PCB 器材布局方向时，假如汇流条的巨细不足以包容孔，槽装备可支撑更窄的开口。更小的开口会导致双 DRV425 器材 取得更大的磁场差分。
• 大电流/大汇流条。因为槽不具有孔的扩大效应，因而槽将针对相同的电流和镂空宽度产生更小的磁场。
笔直与水平
笔直和水平描绘的是 DRV425 内部磁通门传感器灵敏度轴的 PCB 布局方向。在笔直布局中， 每个 DRV425 器材的灵敏度轴坐落 y 轴中。每个器材丈量任何磁场的 y 轴重量。相似地，在水平布局中， 每个 DRV425 器材的灵敏度轴坐落 x 轴中，丈量任何磁场的 x 轴重量。
风趣的是，每个器材在两个方向上检测到的所需差分磁 场十分相似。TI 主张运用笔直 PCB 布局，因为镂空内 每个 DRV425 器材检测到的值更大。但也存在运用水平 PCB 器材布局方向的原因：y 轴中具有较大的杂散场。
如图 3 所示，在将杂散磁场削减掉之前，每个 DRV42 5 器材都能检测到杂散磁场的强度。尽管两个 DRV425 器材之间的物理间隔或许较小，但或许会存在一个或 两个 DRV425 器材检测到的总磁场 超越 2mT 磁场规模限值的状况。这会导致无效的测 量。因为磁场强度与间隔成反比， 因而需求在体系等级评价与杂散场源（如另一个汇流 条）的间隔，以保证任一 DRV425 都不会产生饱满状况。
关于任何磁场丈量，了解体系级影响是完成最佳功能系 统的要害。杂散磁场无法消除，但您能够将其影响降至最低。
备选器材主张
AMC1305 运用外部分流电阻器供给板载阻隔。
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