利用AD8210和外部器件进行高端电流检测
在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应 用中，电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。如何设计宽动态范围的高端电流检测电路，这对于大多数工程师来说都具有挑战性，这里分享由adi技术专家neil zhao、wenshuai liao 和henri sino提供的几个建议电路供大家参考。
将按照设计复杂度从高到低的顺序介绍三种可选解决方案，它们能针对各种不同的应用提供可行的高精度、高分辨率电流检测。
1. 使用运算放大器、电阻和齐纳二极管等分立器件来构建电流传感器。这种解决方案以零漂移放大器ad8628 为核心器件。
2. 使用ad8210 等高压双向分流监控器来提高集成度，并利用其它外部器件来扩展动态范围和精度。
3. 采用针对应用而优化的器件， 例如最新推出的ad8217。ad8217 是一款易于使用且高度集成的零漂移电流传感器，输入共模电压范围为4.5 v 至80 v。
解决方案二：利用ad8210 和外部器件进行高端电流检测
图2a 所示为集成高压双向分流监控器ad8210 的简化框图；图2b 所示为采用外部基准电压源的单向应用。
图2. (a) 高压双向分流监控器ad8210；(b) 采用外部基准电压源的宽范围单向应用
ad8210 可以放大正或负电流流过分流电阻时产生的小差分输入电压，同时抑制高共模电压（最高65 v），并提供以地为参考的缓冲输出。
如图2a 所示，它主要包括两个模块：一个差分放大器和一个仪表放大器。输入端通过r1 和r2 连接到差分放大器a1。a1利用q1 和q2 调整流经r1 和r2 的小电流，使其自身输入端上的电压为零。当ad8210 的输入信号为0 v 时，r1 和r2 中的电流相等。当该差分信号非零时，一个电阻中的电流增大，另一个电阻中的电流则减小。电流差与输入信号的大小和极性成正比。
r3 和r4 将流经q1 和q2 的差分电流转换为差分电压。a2 配置为仪表放大器，用于将该差分电压转换为单端输出电压。通过精密调节的薄膜电阻在内部将增益设置为20 v/v。
使用vref1 和vref2 引脚可以轻松调整输出基准电压。在处理双向电流的典型配置中，vref1 连接到vcc，而vref2 连接到gnd。这种情况下，当输入信号为0 v 时，输出以vcc/2 为中心电压。因此，对于5 v 电源，输出以2.5 v 为中心电压。根据分流电阻上的电流方向不同，输出将大于或小于2.5 v。
这种配置非常适合充电/放电应用，但如果用户需要利用整个输出范围来测量一个单向电流，那么一种典型方法就是利用外部源来设置该范围，如图2b 所示。此时，一个电阻分压器经过一个运算放大器缓冲来驱动连在一起的vref1 和vref2 引脚，从而使输出发生偏移。
当负载电流接近0 时，单单依靠放大器难以监控负载电流。采用5 v 电源时，ad8210 的线性输出范围为50 mv 至4.9 v。假设应用中的分流电阻为10 mω，那么其上流过的最小电流必须大于250 ma，才能确保ad8210 的输出高于其50 mv 的最低点。
图2b 所示配置引入了一个偏移，以便测量更小的电流。当放大器增益为20 v/v 时，输出电压与监控电流之间的关系可以通过公式2 表表示：
例如，当电阻r1 和r2 分别为9800 ω 和200 ω 时，失调电压为100 mv。当差分输入为0 v 时，ad8210 的输出是100 mv，仍然落在线性范围之内。如果分流电流范围为50 ma 至20 a，当rshunt = 10 mω 时，输入范围将是0.5 mv 至200 mv，ad8210 的输出范围是10 mv 至4 v 加上失调电压，即0.11 v至4.1 v，完全位于其额定线性范围以内。
事实上，利用这种配置，设计人员可以将ad8210 的输出偏移到电源范围内的任何一点，从而处理具有任何非对称性的任意电流范围。由于精密调节的电阻内部连接到基准输入端，因此需要使用一个运算放大器来缓冲分压器。为了获得最佳结果，应当以低阻抗来驱动这些输入端。可用来缓冲外部基准电压源的精密低成本运算放大器包括ad8541、ad8601、ad8603、ad8605、ad8613、ad8691 和ad8655 等。
事实上，利用这种配置，设计人员可以将ad8210 的输出偏移到电源范围内的任何一点，从而处理具有任何对称性的任意电流范围。由于精密调整的电阻内部连接到基准输入端，因此需要使用一个运算放大器来缓冲分压器。为了获得最佳结果，应当以低阻抗来驱动这些输入端。可用来缓冲外部基准电压源的精密低成本运算放大器包括ad8541、ad8601、ad8603、ad8605、ad8613、ad8691 和ad8655 等。
与分立解决方案相比，这种集成解决方案要求分流监控器具有高共模电压范围，当输出电压范围无法达到电流检测范围要求时，它还要求输出偏移。但它能够处理双向电流监控，并且避免了上述温漂和功耗问题。ad8210 失调漂移和增益漂移的保证最大值分别为8 μv/°c 与20 ppm/°c。如果使用ad8603 作为缓冲器，它所贡献的失调仅有1 μv/°c，与ad8210 已经很低的失调电压漂移相比可以忽略不计。分压器r1 和r2 的功耗为：
以图2b 所示的参数进行计算，其功耗仅为1.2 mw。
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2. 使用ad8210 等高压双向分流监控器来提高集成度，并利用其它外部器件来扩展动态范围和精度。
3. 采用针对应用而优化的器件， 例如最新推出的ad8217。ad8217 是一款易于使用且高度集成的零漂移电流传感器，输入共模电压范围为4.5 v 至80 v。
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图2a 所示为集成高压双向分流监控器ad8210 的简化框图；图2b 所示为采用外部基准电压源的单向应用。
图2. (a) 高压双向分流监控器ad8210；(b) 采用外部基准电压源的宽范围单向应用
ad8210 可以放大正或负电流流过分流电阻时产生的小差分输入电压，同时抑制高共模电压（最高65 v），并提供以地为参考的缓冲输出。
如图2a 所示，它主要包括两个模块：一个差分放大器和一个仪表放大器。输入端通过r1 和r2 连接到差分放大器a1。a1利用q1 和q2 调整流经r1 和r2 的小电流，使其自身输入端上的电压为零。当ad8210 的输入信号为0 v 时，r1 和r2 中的电流相等。当该差分信号非零时，一个电阻中的电流增大，另一个电阻中的电流则减小。电流差与输入信号的大小和极性成正比。
r3 和r4 将流经q1 和q2 的差分电流转换为差分电压。a2 配置为仪表放大器，用于将该差分电压转换为单端输出电压。通过精密调节的薄膜电阻在内部将增益设置为20 v/v。
使用vref1 和vref2 引脚可以轻松调整输出基准电压。在处理双向电流的典型配置中，vref1 连接到vcc，而vref2 连接到gnd。这种情况下，当输入信号为0 v 时，输出以vcc/2 为中心电压。因此，对于5 v 电源，输出以2.5 v 为中心电压。根据分流电阻上的电流方向不同，输出将大于或小于2.5 v。
这种配置非常适合充电/放电应用，但如果用户需要利用整个输出范围来测量一个单向电流，那么一种典型方法就是利用外部源来设置该范围，如图2b 所示。此时，一个电阻分压器经过一个运算放大器缓冲来驱动连在一起的vref1 和vref2 引脚，从而使输出发生偏移。
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例如，当电阻r1 和r2 分别为9800 ω 和200 ω 时，失调电压为100 mv。当差分输入为0 v 时，ad8210 的输出是100 mv，仍然落在线性范围之内。如果分流电流范围为50 ma 至20 a，当rshunt = 10 mω 时，输入范围将是0.5 mv 至200 mv，ad8210 的输出范围是10 mv 至4 v 加上失调电压，即0.11 v至4.1 v，完全位于其额定线性范围以内。
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