LT1787 点击型号查看芯片规格书
LT1787是一款精密、高侧电流检测放大器，用于监测流入或流出电池或其他能够产生或吸收电流的元件的电流。LT1787具有极小的40µV(典型)输入失调电压和128mV满量程输入电压。(该部件一般使用±128mV满量程，但规定最小满量程为500mV。)这在解析电流时转化为12位动态范围。高达60V的最大输入电压规格使该部件不仅可用于低压电池应用，还可用于可能存在较高电压的电信和工业应用。
该设备由其监控的电源自供电，只需要60µA的电源电流。LT1787的电源抑制比大于130dB。
LT1787允许使用用户可选择的检测电阻，其值取决于要监测的电流。这允许输入电压被优化到128mV值，最大限度地提高动态范围。该部件从输入到输出的固定电压增益为8。
LT1787的其他功能包括输入噪声滤波(差分和共模)，以及在2.5V至60V的宽电源范围内工作的能力。该部件有8引脚SO和MSOP两种封装。
LT1787的操作
图1为LT1787集成电路的功能框图。当电流从V(S)(+)流向V(S)(-)时，产生V(sense) = I(sense)·R(sense)的感测电压。因为放大器A1的正负输入被反馈强制相等，所以V(SENSE)也出现在R(G)侧，具有更高的V(S)电位。因此，对于V(S)(+)大于V(S)(-)的情况，V(SENSE)出现在R(G2A)和R(G2B)之间。这个电流流过Q2并成为输出电流I(OUT)。Q1由放大器保持关闭，并且不贡献I(OUT)。
图1所示 LT1787功能框图
分路供电，其中V(S)(+)和V(EE)范围为±2.5V至±30V;当V(BIAS)在地时，V(OUT)变成(I(OUT)·R(OUT))。在这种情况下，对于上述感测电流的方向，V(OUT)为正或“高于”V(BIAS);因此Q2是源电流。
当电流从V(S)(-)流向V(S)(+)时，输入V(S)(-)的电位高于V(S)(+)，因此V(SENSE)会出现在R(G1A)和R(G1B)之间。电流I(OUT) = V(SENSE)/(R(G1A) + R(G1B))将通过Q1，而Q2保持关断。然后，I(OUT)通过V(OUT)处的一对一电流镜像复制自身。V(OUT)为负或“低于”V(BIAS);Q1输出电流，镜面在V(OUT)节点接收电流。
跨R(OUT)的输出电压与输入感测电压的关系如下:
R的选择(SENSE)
每个应用程序的最大感测电流可能不同。为了检测最宽的动态范围，有必要选择适合每种应用的外部检测电阻。无论要检测的最大电流是10mA还是10A，都可以实现12位动态范围性能。推导出正确的R(SENSE)值，使最大检测电流和检测电阻值的乘积等于所需的最大检测电压(通常为128mV)。例如，检测最大10mA电流的检测电阻的值为128mV/10mA = 12.8欧姆。由于LT1787具有12位分辨率，因此最小可测量电流为10mA/4096个计数= 2.44 μ A/计数。就感测电压而言，这转换为128mV/4096 = 31.25µV/count。其他电流范围可以通过简单地改变感测电阻的值来适应。还应注意确保感测电阻I(MAX).(2)·R(sense)耗散的功率不超过该电阻的最大功率额定值。
应用电路
双电源，双向电流检测
图2显示了LT1787双电源工作原理图。该电路可以双向感应电流，正电流从V(S)(+)到V(S)(-)，其中V(sense) = 0mV至128mV的输出范围为0V至1.024V，负电流从V(S)(-)到V(S)(+)，其中V(sense) = 0mV至- 128mV的输出范围为0V至- 1.024V。图3显示了该配置的输出电压与V(SENSE)的关系。
图2 分供，双向操作
图3 双极模式下V(OUT) vs V(SENSE)
偏置操作
如果负电源不可用，参考电压可以连接到LT1787的V(BIAS)引脚上。参考值并不重要，它只是将部分的输出偏置到一个新的“零”点(对于V(SENSE) = 0V);零点现在处于V(BIAS) = V(REF)，对于图4的情况，等于1.25V。该配置可用于单极和双极电流检测，V(OUT)根据电流方向的不同，在“高于”或“低于”V(BIAS)的范围内变化。这可以从图5所示的图表中看到。(注意，参考必须能够同时从V(BIA)(S)引脚接收和接收电流，参见图1中的框图。)
图4 带有引用的双向操作
图5 双极模式下V(OUT) vs V(SENSE)
带缓冲区的操作
图6使用轨对轨运放LT1495作为I/V转换器来缓冲LT1787的输出。LT1634 -1.25基准用于偏置LT1787的输出，因此零电流现在由1.25V输出表示。这允许设备监测电流在任何方向，而电路工作在一个单一的电源。这也允许低电压工作，因为LT1787的V(OUT)由运放保持恒定。图7显示了输入电流与输出计数(来自LTC1404 A/D转换器)，显示出出色的线性度。
图6 带缓冲区的操作
图7 图6电路的输出计数与输入电流
单电源电流检测
图8中的电路在满量程附近提供了良好的精度，但动态范围有限。在这个电路中，LT1787从最小2.5V到最大60V的单电源工作。电流允许在两个方向上通过R(SENSE)，但只能在单个方向上测量，电流从V(S)(+)流向V(S)(-)。在这种情况下，V(BIAS)和V(EE)接地。该电路LT1787的输出电压(V(OUT))等于8·V(SENSE)，其中V(SENSE) = V(S)(+) - V(S)(-) = 0mV至128mV。该电路的动态范围限制如图9所示。
图8 输出电压参照地单向感应方式
图9 扩大V(OUT) vs V(SENSE)的量程，单向电流感应模式
操作与A/D转换器
图10显示了LT1787连接到LTC1404 12位串行a /D转换器的细节。电路的细节类似于先前图2和图8以及详细说明这些电路的文本中所示的电路。应用程序中的主要区别在于图2和8中的电路提供与电流成比例的输出电压，而图10中所示的电路将该电压数字化以提供数字输出。图11和图12显示了LTC1404 A/D转换器的输出。图11中的数据是在-5V电压下采集的;换句话说，LT1787和LTC1404都使用负电源-5V。同样，图12中的数据是在V(EE)接地的情况下获取的。
图10 连接到A/D转换器(电流到计数转换器)
图11 LT1787输入到LTC1404 ADC
图12 LT1787输入到LTC1404 adc -单电源
连接原理图的可选部分(仍然通过单个电源操作电路)允许a /D参考“上偏置”LT1787，如图5所示。当然，输出的图形将被重新转换为类似于图11(计数与V(SENSE))。
自动关断线性调节器
图13显示了具有高侧电流传感和锁存关断能力的线性稳压器的细节。当电流达到过流跳闸点时，电路切断负载的电源。然后，只有通过循环关闭和再次打开主电源才能恢复供电。该电路采用LT1787和LTC1440精度比较器作为片上参考。LT1528是一个具有关断功能的3A低差线性稳压器。
图13 LT1787自动关闭闩锁
该电路采用LT1787 (U1)作为精密电流传感器;LT1787的增益允许使用0.05欧姆感测电阻，其功耗仅为0.312W。LTC1440超低功耗比较器U2及其内部基准用作精确触发器，随后是74HC00连接为RS触发器(U3C和U3D)以锁存误差条件，直到电源被移除并重新应用。另外两个非与门用于RS触发器的上电复位。U3A引脚2处的1M电阻R7和0.33µF电容C3提供足够长的时间常数来正确初始化触发器。
如图所示，电路的关断跳闸点刚好在2.5A以下。这可以通过改变电流检测电阻R1的值来改变。有关如何更改该电阻器以检测不同电流范围的详细信息，请参阅LT1787数据表。
电池燃油表
测量电池电量的行业标准方法是跟踪端点，完全充电和放电状态，并且在两者之间，测量自上次完全充电以来发生了多少放电(反之亦然)。在汽车中，这就好比油箱里只有一个“满”的油箱和一个“空”的油箱，在这两者之间，记录里程。将这种策略应用于电池被称为“库仑计数”;它是通过测量(并在微控制器中数值累积)电池随时间的电流来实现的。跟踪电池电流和电压的历史可以确定电池充电的当前状态。因此需要像LT1787这样的精确电流检测放大器。
图14显示了使用LT1787测量电池电流和使用内置200mV参考的微功率LT1635测量电池电压的原理图。LT1787配置为单电源，双向操作，2.0V参考来自U2B, LT1635(通过将其内部200mV参考放大10倍而创建)。请注意，参考电压被馈送到ADC，因此其绝对值并不重要，除非它将形成电池电压测量的中心点，从而确定有效的电池输入电压范围。电阻R1和R2形成一个五分电压，使电池电压从~10.8V降至~2.1V，使其处于下游ADC的输入范围内。带电阻R3和R4的运算放大器U2A通过参考电压将其电平移位，并施加增益为5。如果使用5V参考电压的12位ADC，则适用以下公式:
其中Ch0, Ch1和Ch2在0到4095之间。
图14 电池“燃油计量”系统
图15显示了10.8V, 4小时锂离子电池的典型放电和充电周期。
图15 10.8V锂离子电池的充放电周期
结论
LT1787高侧电流感测放大器为多种应用领域提供了一种易于使用的12位分辨率电流感测方法。该部件可以工作到60V，使其成为电信或工业应用中可能使用的更高电压拓扑的理想选择。此外，该部件可以在电池供电的手持设备和计算机中找到家用，在这些设备和计算机中，测量消耗的电流和/或电池剩余电量的需求至关重要。
