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作者: Ahmad Ayar, Maxim Integrated 摘要：本應用筆記討論了電流檢測放大器與儀表放大器之間的差異，并說明如何用標準的升壓變換器(MAX668)和電流檢測放大器(MAX4080)構成一個調節器，從-48V產生+5V電源(非隔離)，這在電信行業非常實用。 介紹 儀表放大器(IA)常用于需要高增益精度和高直流精度的場合，比如：測試測量和實驗儀器，但這類器件成本較高。而電流檢測放大器價格便宜，能夠處理較高的共模電壓，部分特性與儀表放大器類似，因而，在某些應用中，比如從-48V-+5V電源變換器中，可以用電流檢測放大器替代儀表放大器。 電流檢測放大器與儀表放大器 電流檢測放大器檢測跨接在其差分輸入端的精密“檢流電阻”的電壓，該電阻所處位置的電位高于系統其它電路。放大器輸入為差分電壓，輸出為單端信號并與差分輸入精確地成正比關系，該信號以系統地為參考。 對于給定電流，考慮到檢流放大器的精密增益，在檢流電阻上只需很小的壓差，即可產生相應的輸出測量電壓，從而減輕了電源線上的檢流功耗。由此可見，檢流放大器符合電壓型儀表放大器的基本定義：精密的差分放大器。 檢流放大器與儀表放大器的主要差別在于儀表放大器通常工作在以輸入電壓為橫軸、共模電壓為縱軸的四象限(正負輸入信號-正負共模電壓)，相比之下，標準的電流檢測放大器只工作在一個象限(正信號電壓-正共模電壓)，有些檢流放大器工作在兩象限(正負輸入電壓-正共模電壓)。對電流檢測放大器而言，輸入電壓的正負由所測電流的極性決定，此外，電流檢測放大器的共模電壓范圍更寬。 在電源轉換器中的應用 電流檢測放大器的優點在于能夠精確放大信號，因此，它不僅可以檢測電流，也可以把信號從高壓上分離出來，圖1所示標準應用(-48V-+5V電源變換器，共地)，展示了目前電流檢測放大器的工作。 
圖1：簡單電源轉換器，從-48V產生+5V(或+3.3V)電源 就概念而言，設計一個輸入電壓和輸出電壓極性相反的開關型電源轉換器并不難，不過，考慮到工程細節，電路拓撲的選擇就比較困難。對于工作在正電源的變換器，輸出電壓與反饋電壓的參考電平相同，都是電源的負端，此處為正電源變換器拓撲定義的-48V。 對于輸出正壓必須與輸入電壓共地的應用，-48V的參考點與應用要求發生沖突。隔離型拓撲(如反激、正激)的輸入電壓和輸出電壓相互隔離，其參考點不同，故可滿足此類應用，盡管成本較高，電路復雜，仍被廣泛使用。圖1所示標準開關型穩壓器采用非隔離拓撲，給出了一種更簡單的方案。傳統方案中，采用變壓器/光耦對輸出信號進行隔離、電平轉換，反饋到轉換器的調整點；本文介紹的方案則采用電流檢測放大器(MAX4080F)，電源轉換器IC是MAX668，當然也可以使用其它升壓型變換器。 MAX668升壓型變換器的反饋端(FB)設置點為1.25V，MAX4080F在其輸出電壓(OUT與GND之間)與差分輸入電壓之間提供5倍增益。對應于1.25V FB電壓的差分輸入為：1.25/5 = 0.25V。當系統工作在穩壓狀態時，連接在+5V輸出與地(公共端)之間的電阻分壓器在MAX4080F的差分輸入端產生0.25V電壓。 圖2給出了輸出為+5V或+3.3V，1A恒定負載時，電路的電壓調整率。圖3為兩種輸出電壓下的負載電流與效率關系圖。MAX4080輸入壓差和對地電壓最大達75V，其CMRR(共模抑制比)為120dB。
圖2： 圖1電路的輸出-輸入關系曲線：1A恒定負載；隨著輸入電壓的升高，+5V或+3.3V輸出保持較好的調整率
圖3：圖1所示電路的效率 - 負載電流關系圖 為什么從-48V產生低壓正電源？ 過去，為了保護電話線被電蝕，第一代電話交換系統采用了“中央電池”供電方式，相對于大地極性為負，并且，為了保證這些系統中所用的繼電器具有良好的低噪聲連接，其電源電壓(-48V)比其它大多數電池供電系統要高。 但是，從六十年代初期開始，電子系統則向著另一方向迅速發展，即NPN雙極型晶體三極管成為主流的有源器件，受此影響，幾乎所有模擬和數字系統的電源都是以地為參考點，采用正壓供電。 由于目前大部分電信電源采用分布式供電，與早期一樣，其主電源仍采用-48V輸入，并配有很大的后備電池；另一方面，現代電信系統都為電子設備，需要使用低壓正電源供電，因而，從-48V產生低壓正電源成為一種通用需求。 結語 由上述可知，電流檢測放大器與儀表放大器的部分關鍵特性相同，某些應用中可以利用廉價的電流檢測放大器代替昂貴的儀表放大器。本文介紹了一個替代案例，由電流檢測放大器(MAX4080F)和升壓型轉換器IC (MAX668)構成。電流檢測放大器可以精確地放大信號，并將信號從高壓上分離出來，不僅實現了電流檢測，而且也可支持以地為參考的-48V至+5V轉換，這一應用在電信系統中非常普遍。 |
