中心議題：

• 高側電流傳感器AD8205及其應用
• 高側電流傳感器和高側開關方式

解決方案：

• 采用AD8205檢測小差分電壓

• 輸出方式設置

AD8205是美國模擬器件公司推出的一種單電源高性能差分放大器，典型單電源供電電壓為5V，其共模電壓輸入範圍為-2~65V
，可以耐受-5~+70V的輸入共模電壓，適用於高共模電壓情況下檢測小差分電壓的工業設備中。

它的增益固定為50V/V
，工作溫度範圍為-40~+125℃，失調電壓溫漂小於15μV/℃，增益溫漂小於30ppm/℃（環境溫度可高達125℃），在整個規定溫度範圍內具有優良的直流性能，其從直流到100kHz的頻帶範圍內具有高達80dB的共模抑製比。因此其測量環路誤差小
，精度高，非常適合用於馬達控製、傳動控製、磁懸浮控製、車輛動力控製、燃料噴射控製、引擎管理和DC-DC變換等控製係統中。
AD8205的內部電路由A1和A2兩個集成運放和一個電阻網絡
，以及一個小參考電壓源和偏置電路構成，其電路結構如圖1所示。

A1的前置衰減由電阻RA、RB、RC組成，可將共模電壓衰減到合適的輸入電壓範圍內。兩組衰減器構成橋式網絡，衰減率為1/16.7.輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)經(jing)過(guo)衰(shuai)減(jian)以(yi)後(hou)
，使(shi)得(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)值(zhi)保(bao)持(chi)在(zai)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)以(yi)內(nei)，當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)超(chao)過(guo)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)或(huo)低(di)於(yu)公(gong)共(gong)地(di)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)時(shi)
，內(nei)部(bu)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)起(qi)作(zuo)用(yong)
，使(shi)得(de)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)輸(shu)入(ru)負(fu)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)時(shi)仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。當(dang)電(dian)橋(qiao)平(ping)衡(heng)時(shi)，共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)的(de)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)為(wei)0V.當然，輸入網絡同時也衰減了輸入差分電壓信號，放大器A1將衰減後的信號放大26倍，其輸入和輸出都采用差分形式以獲得最大的交流共模抑製比。另外電阻RA、RB
、RC、RD和RF通過激光校準後的電阻匹配率優於0.01%，這種高精度校準使得器件能夠獲得超過80dB的共模抑製比。

放大器A2將A1輸出的差分信號轉換成單端信號，並放大32.15倍。參考輸入端VREF1和VREF2都經過電阻RREF連接到A2的同相輸入端，使得輸出可以任意調整到所需要的輸出電壓範圍內。當兩個參考輸入端並聯使用時
，參考電壓從輸入到輸出的增益為1V/V；當單獨使用任何一個參考輸入端時，其增益為0.5V/V.AD8205的總增益由衰減電路的衰減率1/16.7
、A1的放大倍數26和A2的放大倍數32.15構成。AD8205具有300μA的吸收下拉電流能力

，采用A類PNP管接上拉電阻輸出。

輸出方式設置

單極性輸出

此方式一般用來測量流過采樣電阻上的單方向變化的電流。有兩種基本模式：以地為參考和以V+為參考的輸出模式。在單極性工作模式下，當差分輸入為0時
，輸出可以偏置到負向（接近地）或正向峰值（V+）。當差分電壓加到輸入端時，輸出將反向移動到峰值。這時滿幅輸出所對應的輸入差分電壓幅值接近100mV

，它的極性由輸出電壓的靜態設置所決定。當偏置到正向峰值時，輸入差分電壓應該為負，輸出由正向峰值下降
；反之，若靜態偏置到地，則輸入差分電壓應該為正，輸出由0上升。 以地為參考的輸出連接方式如圖2(a)所示。它的兩個參考輸入端都接到地上
，當輸入的差分電壓為0時，其輸出被偏置到反相峰值(約0.05V)。

以V+為參考的輸出連接方式如圖2(b)所示。它的兩個參考輸入端都連接到正電源上，當輸入的差分電壓為0時

，其輸出被偏置到正相峰值(約4.8V)。
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雙極性輸出

雙極性輸出時AD8205keyiceliangliuguocaiyangdianzushangdeshuangxiangdianliu
，zheshi，shuchukeyipianzhidaoshuchufanweineiderenyiweizhi。dangbeijiancedezhengfanlianggefangxiangshangdedianliuweidengfushi
，qishuchubixupianzhidaomanliangchengshuchudezhongjianweizhi。dangshuangxiangdianliufuzhibuduichengshi，shuchupianzhikeyiduiyingdipianlibanliangchengweizhi。tadelianggecankaoshuruVREF1和VREF2分別連接一個內部電阻RREF後(hou)接(jie)到(dao)同(tong)一(yi)個(ge)內(nei)部(bu)偏(pian)置(zhi)節(jie)點(dian)，這(zhe)兩(liang)個(ge)參(can)考(kao)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)操(cao)作(zuo)方(fang)式(shi)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)。在(zai)兩(liang)個(ge)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)輸(shu)入(ru)端(duan)接(jie)入(ru)對(dui)應(ying)的(de)電(dian)壓(ya)
，即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)對(dui)輸(shu)出(chu)的(de)偏(pian)置(zhi)。在(zai)雙(shuang)極(ji)性(xing)輸(shu)出(chu)方(fang)式(shi)下(xia)，一(yi)般(ban)有(you)以(yi)下(xia)兩(liang)種(zhong)連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)。

1)當輸入雙向電流幅值相同時，將兩個參考電壓輸入端都連接到一個外部參考電壓源的輸出端，如圖3(a)所示連接。當輸入電壓相對於-IN為負
，輸出電壓將從參考電壓下降。反之，當輸入電壓相對於-IN為正，輸出電壓將從參考電壓上升。

2)將兩個參考電壓輸入端的其中一個接到電源電壓V+端，另一個參考電壓輸入端接地，如圖3(b)所示連接。當輸入差分電壓為0時，輸出電壓被偏置到AD8205的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)中(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)。這(zhe)種(zhong)接(jie)法(fa)的(de)好(hao)處(chu)在(zai)於(yu)測(ce)量(liang)雙(shuang)向(xiang)電(dian)流(liu)時(shi)不(bu)需(xu)要(yao)外(wai)接(jie)參(can)考(kao)源(yuan)
，輸(shu)出(chu)將(jiang)按(an)比(bi)率(lv)地(di)自(zi)動(dong)跟(gen)隨(sui)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)半(ban)幅(fu)偏(pian)置(zhi)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，不(bu)管(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)是(shi)升(sheng)還(hai)是(shi)降(jiang)

，輸(shu)出(chu)偏(pian)置(zhi)點(dian)將(jiang)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)中(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)。例(li)如(ru)
，電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)為(wei)5V時，輸出偏置到2.5V
；而當電源電壓上升10%時，輸出將偏置到2.75V。

典型應用

高側電流傳感器和低側開關方式

如圖4(a)所示連接，PWM控製開關的源極接參考地
，感性負載和采樣電阻串聯連接在電源和PWM控製開關之間。當PWM開關閉合時
，采樣電阻上的共模電壓下降到接近負向峰值；當PWM開關打開時，采樣電阻上產生的共模電壓為電源電壓和續流二極管的正向壓降的電壓和。采用這種方式的優點是當PWM開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)時(shi)，由(you)於(yu)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)置(zhi)於(yu)電(dian)源(yuan)高(gao)側(ce)
，采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)仍(reng)然(ran)在(zai)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)當(dang)中(zhong)，使(shi)得(de)負(fu)載(zai)上(shang)的(de)全(quan)部(bu)電(dian)流(liu)，包(bao)括(kuo)續(xu)流(liu)電(dian)流(liu)，仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)監(jian)測(ce)，並(bing)且(qie)容(rong)易(yi)識(shi)別(bie)對(dui)地(di)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)以(yi)實(shi)現(xian)電(dian)路(lu)的(de)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)。

高側電流傳感器和高側開關方式

如圖4(b)所示連接，PWM開關和采樣電阻都位於電壓高側。當PWMkaiguandakaishi
，fuzaidianyuanjiangbeiyichu

，danrengrankeyitigonghejiancexuliudianliu
，yishixiandianliukongzhizhenduan。zaigongzuoguochengzhong，dabufenshijiandianyuandouhefuzaigeli，zheyangkejiangfuzaiduidizhijiandechafendianyasuoyinqidebuliangyingxiangjiandaozuixiao。dangPWM開關閉合時，電源電壓將連接到負載
，這時共模電壓將增加到電源電壓。而PWM開kai關guan打da開kai時shi，電dian壓ya將jiang反fan轉zhuan並bing經jing過guo感gan性xing負fu載zai，由you於yu續xu流liu二er極ji管guan的de作zuo用yong
，使shi得de采cai樣yang電dian阻zu上shang的de共gong模mo電dian壓ya保bao持chi為wei一yi個ge低di於yu地di的de二er極ji管guan的de導dao通tong壓ya降jiang。
馬達控製

如圖5所示連接，AD8205在H橋馬達控製電路中作為控製回路的一部分
，馬達和采樣電阻串連後放置在H橋的中間
，通過檢測采樣電阻上的電壓

，可以準確地測量馬達當前的電流及其方向。此時
，AD8205的輸出被設定成外部參考雙向的方式
，這樣它可以測量H橋(qiao)開(kai)關(guan)的(de)雙(shuang)向(xiang)電(dian)流(liu)並(bing)同(tong)時(shi)監(jian)測(ce)馬(ma)達(da)的(de)運(yun)轉(zhuan)方(fang)向(xiang)。由(you)於(yu)地(di)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)特(te)別(bie)穩(wen)定(ding)的(de)參(can)考(kao)電(dian)平(ping)，以(yi)地(di)為(wei)參(can)考(kao)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)測(ce)量(liang)的(de)不(bu)準(zhun)確(que)性(xing)。因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)要(yao)比(bi)以(yi)地(di)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)電(dian)平(ping)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)好(hao)的(de)多(duo)。

結語

總之，采用AD8205實現在高共模電壓情況下檢測小差分電壓的電路結構簡單可靠
，監測精度高。它特別適用於42V汽車係統的動力監控、液壓控製、磁懸浮控製等控製係統中。