圖 1:低電壓庫侖計(jì)數(shù)器 (比如 LTC2941) 有助于簡化低電壓測量
高電壓放大器把庫侖計(jì)數(shù)器范圍擴(kuò)展至 ±270V
發(fā)布時間:2021-06-18 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】庫侖計(jì)數(shù)器能夠測量流入或流出電池的電荷,而小的專用 IC 則可直接與約 20V 以下的中低電池電壓相連。通過采用一個高電壓放大器作為電平移位器,就能把測量電路的輸入工作范圍擴(kuò)展至高得多的電壓。LT6375 電壓差動放大器具備一些可使該電路在極寬電壓范圍內(nèi)準(zhǔn)確工作的特性。
庫侖計(jì)數(shù)器能夠測量流入或流出電池的電荷,而小的專用 IC 則可直接與約 20V 以下的中低電池電壓相連。通過采用一個高電壓放大器作為電平移位器,就能把測量電路的輸入工作范圍擴(kuò)展至高得多的電壓。LT6375 電壓差動放大器具備一些可使該電路在極寬電壓范圍內(nèi)準(zhǔn)確工作的特性。
庫侖計(jì)數(shù)器的工作原理是測量一個檢測電阻器兩端的電壓,把它作為必需進(jìn)行積分運(yùn)算之電流的指示。圖 1 示出了當(dāng)采用一款低電壓庫侖計(jì)數(shù)器 LTC2941 時的典型連接。重要的一點(diǎn)是:庫侖計(jì)數(shù)器真實(shí)地測量電壓,接著把它解譯為電流,然后將之作為電荷報告。通過去除檢測電阻器,并設(shè)法驅(qū)動庫侖計(jì)數(shù)器之檢測引腳兩端的另一個電壓,它將仍然把該電壓解譯為電流并報告一個累積電荷。
圖 1:低電壓庫侖計(jì)數(shù)器 (比如 LTC2941) 有助于簡化低電壓測量
在圖 2 中,LTC6375 的輸出連接至庫侖計(jì)數(shù)器的檢測引腳。該 IC 是一款差動放大器,這意味著它是連接了高精度電阻器的運(yùn)放,旨在實(shí)現(xiàn)差分輸入電壓的電平移位。差動放大器的運(yùn)作將其輸出電壓驅(qū)動至一個按下式計(jì)算的數(shù)值:
OUT = REF+ GAIN ×[(+IN) – (-IN)]
LT6375 驅(qū)動其輸出引腳,但是 REF 引腳必須連接至一個低阻抗源。同樣,LTC2941 期望在其 SENSE+ 引腳 (它也是用于該 IC 的電源引腳) 上有一個低阻抗源??砂?REF 和 SENSE+ 引腳均連接至用于 I2C 接口的同一個邏輯電源軌 (例如:3.3V)。通過把 LT6375 的 OUT 引腳連接至 SENSE– 引腳,LT6375 將把其輸入之間的電壓差加在 LTC2941 的輸入兩端。實(shí)際上,LT6375 充當(dāng)一個假的檢測電阻器。
圖 2:一個增設(shè)的電壓差動放大器擴(kuò)展了可進(jìn)行庫侖計(jì)數(shù)的電壓范圍
差動放大器的準(zhǔn)確度在很大程度上取決于電阻器匹配。雖然顯而易見的是電阻器失配直接影響著增益準(zhǔn)確度,但是不太明顯且更加嚴(yán)重的問題則是這種電阻器失配將引起失調(diào)誤差。1% 的電阻器失配將引起一個輸出失調(diào),該失調(diào)等于電路在其上進(jìn)行電平移位之電壓的 1%。
例如,一個電平移位至 3V 的 48V 輸入將導(dǎo)致 450mV 的失調(diào)誤差,對于此類測量來說該誤差是太大了。LT6375A 規(guī)定了一個 97dB 的最小共模抑制比 (CMRR),這意味著一個 45V 的電平移位會引起一個小于 640μV 的失調(diào)。
當(dāng)設(shè)計(jì)高電壓電平移位電路時,至關(guān)緊要的是確保運(yùn)放的輸入處于其有效工作范圍之內(nèi)。就 LT6375 而言,電源引腳額定在高達(dá) 60V,因此在某些場合中,可采用被測量的電壓為它供電。這是圖 2 中示出的配置,在此配置中 LT6375 測量一個 48V 電源供應(yīng)的電流。最后,該 IC 包括額外的高精度電阻器,這些電阻器可由外部引腳進(jìn)行配置以分割輸入共模范圍,同時保持差分增益等于 1 倍。在圖 3 中,輔助基準(zhǔn)引腳全部連接至 5V電源,這分割了 –42V 輸入電壓以將其置于運(yùn)放的電源范圍之內(nèi)。對于其他的應(yīng)用,LT6375 內(nèi)部的運(yùn)放具有一種獨(dú)特的特性,憑借該特性其輸入能夠在高于電源引腳本身的電壓條件下工作。把這些特性組合起來,就能設(shè)計(jì)可跨一個 ±270V 輸入范圍監(jiān)視電源的電路。
圖 3:通過把輔助基準(zhǔn)引腳連接至 5V 電源以分割 –42V 輸入電壓可將輸入置于運(yùn)放的電源范圍之內(nèi)
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