高侧电流传感器AD8205及其应用

 AD8205是美国模拟器件公司推出的一种单电源高性能差分放大器，典型单电源供电电压为5V，其共模电压输入范围为-2~65V，可以耐受-5~+70V的输入共模电压，适用于高共模电压情况下检测小差分电压的工业设备中。它的增益固定为50V/V，工作温度范围为-40~+125℃，失调电压温漂小于15V/℃，增益温漂小于30ppm/℃(环境温度可高达125℃)，在整个规定温度范围内具有优良的直流性能，其从直流到100kHz的频带范围内具有高达80dB的共模抑制比。因此其测量环路误差小，精度高，非常适合用于马达控制、传动控制、磁悬浮控制、车辆动力控制、燃料喷射控制、引擎管理和DC-DC变换等控制系统中。

内部电路结构及其工作原理

AD8205的内部电路由A1和A2两个集成运放和一个电阻网络，以及一个小参考电压源和偏置电路构成，其电路结构如图1所示。

图1 高侧电流传感器AD8205内部电路原理图

A1的前置衰减由电阻RA、RB、RC组成，可将共模电压衰减到合适的输入电压范围内。两组衰减器构成桥式网络，衰减率为1/16.7。输入信号经过衰减以后，使得输入信号的幅值保持在供电电源电压范围以内，当输入电压超过供电电源电压或低于公共地端的电压时，内部参考电压起作用，使得放大器在输入负共模电压信号时仍然可以正常工作。当电桥平衡时，共模电压信号产生的差分输入信号为0V。当然，输入网络同时也衰减了输入差分电压信号，放大器A1将衰减后的信号放大26倍，其输入和输出都采用差分形式以获得最大的交流共模抑制比。另外电阻RA、RB、RC、RD和RF通过激光校准后的电阻匹配率优于0.01%，这种高精度校准使得器件能够获得超过80dB的共模抑制比。

放大器A2将A1输出的差分信号转换成单端信号，并放大32.15倍。参考输入端VREF1和VREF2都经过电阻RREF连接到A2的同相输入端，使得输出可以任意调整到所需要的输出电压范围内。当两个参考输入端并联使用时，参考电压从输入到输出的增益为1V/V；当单独使用任何一个参考输入端时，其增益为0.5V/V。AD8205的总增益由衰减电路的衰减率1/16.7、A1的放大倍数26和A2的放大倍数32.15构成。AD8205具有300μA的吸收下拉电流能力，采用A类PNP管接上拉电阻输出。

输出方式设置

单极性输出

此方式一般用来测量流过采样电阻上的单方向变化的电流。有两种基本模式：以地为参考和以V+为参考的输出模式。在单极性工作模式下，当差分输入为0时，输出可以偏置到负向(接近地)或正向峰值(V+)。当差分电压加到输入端时，输出将反向移动到峰值。这时满幅输出所对应的输入差分电压幅值接近100mV，它的极性由输出电压的静态设置所决定。当偏置到正向峰值时，输入差分电压应该为负，输出由正向峰值下降；反之，若静态偏置到地，则输入差分电压应该为正，输出由0上升。

(a)以地为参考 (b)以V+为参考
图2 单极性输出连接方式

以地为参考的输出连接方式如图2(a)所示。它的两个参考输入端都接到地上，当输入的差分电压为0时，其输出被偏置到反相峰值(约0.05V)。

以V+为参考的输出连接方式如图2(b)所示。它的两个参考输入端都连接到正电源上，当输入的差分电压为0时，其输出被偏置到正相峰值(约4.8V)。

双极性输出

双极性输出时AD8205可以测量流过采样电阻上的双向电流，这时，输出可以偏置到输出范围内的任意位置。当被检测的正反两个方向上的电流为等幅时，其输出必须偏置到满量程输出的中间位置。当双向电流幅值不对称时，输出偏置可以对应地偏离半量程位置。它的两个参考输入VREF1和VREF2分别连接一个内部电阻RREF后接到同一个内部偏置节点，这两个参考输入端的操作方式完全相同。在两个参考电压输入端接入对应的电压，即可完成对输出的偏置。在双极性输出方式下，一般有以下两种连接方式。

(a)外部参考电压输出 (b)分离参考电压输出
图3 双极性输出连接方式

1)当输入双向电流幅值相同时，将两个参考电压输入端都连接到一个外部参考电压源的输出端，如图3(a)所示连接。当输入电压相对于-IN为负，输出电压将从参考电压下降。反之，当输入电压相对于-IN为正，输出电压将从参考电压上升。

2)将两个参考电压输入端的其中一个接到电源电压V+端，另一个参考电压输入端接地，如图3(b)所示连接。当输入差分电压为0时，输出电压被偏置到AD8205的供电电源电压的中间位置。这种接法的好处在于测量双向电流时不需要外接参考源，输出将按比率地自动跟随供电电源电压的变化而产生半幅偏置。也就是说，不管电源电压是升还是降，输出偏置点将一直保持在