具有电流检测功能和开尔文连接的电源提升电路 电源, 检测

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本文介绍高电流轨到轨运算放大器AD8397如何将可调电压源的电流提升至最高±750 mA。缓冲电压可以用作电源或基准源。开尔文连接可消除阻性损耗。该技术可提供精确的电压，并允许利用检测电阻测量电流。


图1. AD8397用作电源提升电路
图1显示为待测器件(DUT)提供电源的电路。AD8397用于缓冲电源电压，并向DUT提供电源，其闭环增益配置为1。该放大器的负反馈和开环增益使反相输入端与同相输入端的电压相等。如果缓冲电压远高于运算放大器的失调电压，误差则可以忽略不计。DUT负载电流由AD8397提供。
电流检测电阻R2将该电流转换为电压，利用仪表放大器很容易测量该电压。这种检测技术允许利用不同提升电路多次缓冲一个电压，并单独测量每个电流。R2的值不影响放大器的动态特性，但会限制其裕量。图2显示随着电路驱动的电流增大，输出电压的变化情况。本例中，电源电压为15 V，R2为10 Ω，DUT所需电源电压为6 V和9 V。此图显示，对于6 V情况，电路在约650 mA时饱和;对于9 V情况，电路在约500 mA时饱和。


图2. DUT电源电压和AD8397输出电压与输出电流的关系
较小的电阻R2可提高放大器的裕量，但较大的电阻有助于保护电路，防止意外的电流过驱损坏缓冲器。随着电流增大，放大器的输出电压上升，直到输出饱和或者放大器受损。该电阻越大，输出饱和得越快，从而使功耗处于易控水平。放大器正常工作时的功耗也必须予以考虑，AD8397只能短时驱动750 mA电流而不会受损。
缓冲DUT电源电压利用电容C2去耦。此电容与电阻R2一起构成一个反馈极点，这可能会导致电路不稳定。为了解决这一问题，可以提高系统的闭环增益，从而提高相位余量，使环路保持稳定，但可以缓冲的电压幅值将受到输出摆幅的限制。
由R1和C1组成的网络可提高高频时的闭环增益，同时维持低频时的单位增益。R2与R1的比值决定系统的高频闭环增益。增益越大，系统越稳定。电容C和电阻R1设置单位增益变为非单位增益的频率。为了保持稳定，此转折频率应比放大器的交越频率至少低10倍1。采用图1所示的值时，该提升电路在保持单位增益稳定的同时可以驱动最高10 nF的负载。
将反相输入端(检测)和AD8397输出(强制)分别连接至DUT，可以形成开尔文连接，如图1所示。这将强制放大器输出为某一电压，以补偿反馈路径中高电流引起的阻性损耗。检测线路中流过的电流非常小，因此反相输入端会随同相输入端变化。这一技术可以使DUT电源引脚保持在所需的电压值。
AD8397可以提供源电流和吸电流，因此它也可以用来产生DUT的负电源。


图3. AD8397用作基准电压源，其电压为供电电压中间值
对于采用单电源供电的DUT，AD8397也可以用作电压为供电电压中间值的基准电压源，如图3所示。此时，AD8397缓冲电阻分压器所确定的一半电源电压。放大器可以提供源电流和吸电流，同时使中间电源电压保持恒定。为了获得双向电流，AD8397必须采用单电源供电。为了对中间电源电压去耦，需要使用上述补偿技术。开尔文连接和/或电流检测电阻同样可以实现。