设计目标

设计说明

此单电源高侧低成本电流检测方法可以检测 50mA 和 1A 之间的负载电流，并将其转换为 0.25V 至 5V 的输出电压。高侧感应使系统能够识别接地短路，并且不会对负载造成接地干扰。

设计说明

1. 直流共模抑制比 (CMRR) 性能取决于增益设置电阻器 R₂-R₅ 的匹配情况。
2. 增大分流电阻器的值会增加功耗。
3. 验证共模电压是否处于放大器的线性输入运行区域内。共模电压由 R₂、R₃ 构成的电阻分压器和总线电压设置。根据电阻分压器确定的共模电压，此应用可能不需要轨到轨输入 (RRI) 放大器。
4. 不具有可扩展至 V_cc 的共模电压范围的运算放大器可用在低增益或衰减配置中。
5. 与反馈电阻器并联放置的电容器会限制带宽，提高稳定性并有助于降低噪声。
6. 在线性输出运行区域内使用运算放大器。通常在 A_OL 测试条件下指定线性输出摆幅。

设计步骤

1. 下面提供了电路的完整传递函数。
   $$\begin{gathered} {\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}={\mathrm{I}}_{\mathrm{in}}\times {\mathrm{R}}_1\times \frac{{\mathrm{R}}_5}{{\mathrm{R}}_4} \\ \mathrm{Given} {\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_4 \mathrm{and} {\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_5 \end{gathered}$$
2. 计算最大分流电阻。将最大分流电压设置为 100mV。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{iMax}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{100\mathrm{mV}}{1\mathrm{A}}=100\mathrm{m}\mathrm{\Omega }$
3. 计算增益以设置最大输出摆幅范围。
   $\mathrm{Gain}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{(\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}-{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMin}})\times {\mathrm{R}}_1}=\frac{\text{5}\mathrm{V}-\text{0.25}\mathrm{V}}{(\text{1}\mathrm{A}-\text{0.05}\mathrm{A})\times \text{100}\mathrm{m}\mathrm{\Omega }}=50\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
4. 计算增益设置电阻器以设置步骤 3 中计算的增益。
   $$\begin{gathered} \mathrm{Choose} {\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_4=1.01\mathrm{k}\Omega (\mathrm{Standard} \mathrm{value}) \\ {\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_5={\mathrm{R}}_2\times \mathrm{Gain}=1.01\mathrm{k}\Omega \times 50\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}=50.5\mathrm{k}\Omega (\mathrm{Standard} \mathrm{value}) \end{gathered}$$
5. 计算放大器的共模电压以实现线性运行。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{cm}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{CC}}\times \frac{{\mathrm{R}}_3}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}=36\mathrm{V}\times \frac{\text{50.5}\mathrm{k}}{\text{1.01}\mathrm{k}+\text{50.5}\mathrm{k}}=35.294\mathrm{V}$
6. 截止频率上限 (f_H) 取决于此电路的同相增益（噪声增益）和运算放大器的增益带宽 (GBW)。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{H}}=\frac{\text{GBW }}{\text{Noise Gain}}=\frac{10\mathrm{MHz}}{51\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}}=196.1 \mathrm{kHz}$

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

参考资料：

米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，SBOMAV4 仿真文件，软件支持

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器