检流放大器的瞬态过压保护

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有些电流检测放大器经常受到高压冲击，例如，在汽车中监测电池放电电流的检流放大器，必须能够承受高压抛负载脉冲，这个高压脉冲是当负载与电池断开时产生感应尖峰电压，最终在电机输出端出现一个高压脉冲。如果这个脉冲超过了放大器的共模电压，则必须提供附加的外部电路保护放大器。
　　图1给出了一个过压保护例子，由齐纳二极管Z1和Z2、电阻R1和R2以及二极管D1组成。MAX4372放大器的共模电压范围为0至28V，足以测量6V至18V范围的汽车电池电压。但是，抛负载电压可能达到35V，而且会持续0.5秒，恰好超过了放大器的30V最大额定输入电压，必须通过外部电路保护放大器。

图1. 该检流放大器带有保护电路(上部电路元件)，适合于共模电压高于30V的应用。
　　采用不同的输入保护电阻R1和R2 (分别为2kΩ和1kΩ)，可以避免输入失调电压引起的额外误差，能够平衡放大器偏置电流不均衡造成的影响。关于这些电阻的选择，请参考应用笔记3888：“带有输入串联电阻的电流检测放大器的性能”。
　　齐纳二极管Z1和Z2的标称击穿电压为24V，这两个管子的耗散功率足以在35V峰值抛负载条件(35V抛负载电压减去1kΩ串联电阻R2的24V钳位电压)下承受大约11mA吸电流。
　　图2是当移走D1时，35V抛负载脉冲下放大器的输出。施加电压为电池标称电压，所要求的输出电压为1V (输入VSENSE = 50mV、增益 = 20)。出现抛负载电压时，齐纳管把输入共模电压钳位在大约24V，放大器输出经过几个短暂的波动后稳定到0V。

图2. 移走二极管D1后，图1电路的工作波形。
　　虽然标称电压为24V，两个齐纳管因为个体差异和不同的工作电流(Z1工作电流是5.5mA，Z2为11mA)，其击穿电压存在一定的差异。因此，(VZ1 - VZ2)作为差模检测电压会产生一个所不希望的输出瞬变。如果想消除这一瞬态电压，可以在Z1或Z2上串联一个二极管。二极管会在抛负载时使(VZ1 - VZ2)置于正值或负值，在放大器输出端转换成电源摆幅的输出(VCC或GND)，避免输入瞬变时产生随机的输出波动。
　　图3a所示为二极管与Z1串联时电路的工作情况，放大器输出被置于正电源电压。图3b所示为二极管与Z2串联时的情况，电路迫使放大器输出置于负电源电压。

图3. 图1电路中，D1分别与Z1 (a)、Z2 (b)串联时，电路的工作波形。