具有電流檢測功能和開爾文連接的電源提升電路

本文介紹高電流軌到軌運算放大器AD8397如何將可調電壓源的電流提升至最高±750 mA。緩沖電壓可以用作電源或基準源。開爾文連接可消除阻性損耗。該技術可提供精確的電壓，并允許利用檢測電阻測量電流。

圖1. AD8397用作電源提升電路

圖1顯示為待測器件(DUT)提供電源的電路。AD8397用于緩沖電源電壓，并向DUT提供電源，其閉環增益配置為1。該放大器的負反饋和開環增益使反相輸入端與同相輸入端的電壓相等。如果緩沖電壓遠高于運算放大器的失調電壓，誤差則可以忽略不計。DUT負載電流由AD8397提供。

電流檢測電阻R2將該電流轉換為電壓，利用儀表放大器很容易測量該電壓。這種檢測技術允許利用不同提升電路多次緩沖一個電壓，并單獨測量每個電流。R2的值不影響放大器的動態特性，但會限制其裕量。圖2顯示隨著電路驅動的電流增大，輸出電壓的變化情況。本例中，電源電壓為15 V，R2為10 Ω，DUT所需電源電壓為6 V和9 V。此圖顯示，對于6 V情況，電路在約650 mA時飽和;對于9 V情況，電路在約500 mA時飽和。

圖2. DUT電源電壓和AD8397輸出電壓與輸出電流的關系

較小的電阻R2可提高放大器的裕量，但較大的電阻有助于保護電路，防止意外的電流過驅損壞緩沖器。隨著電流增大，放大器的輸出電壓上升，直到輸出飽和或者放大器受損。該電阻越大，輸出飽和得越快，從而使功耗處于易控水平。放大器正常工作時的功耗也必須予以考慮，AD8397只能短時驅動750 mA電流而不會受損。

緩沖DUT電源電壓利用電容C2去耦。此電容與電阻R2一起構成一個反饋極點，這可能會導致電路不穩定。為了解決這一問題，可以提高系統的閉環增益，從而提高相位余量，使環路保持穩定，但可以緩沖的電壓幅值將受到輸出擺幅的限制。

由R1和C1組成的網絡可提高高頻時的閉環增益，同時維持低頻時的單位增益。R2與R1的比值決定系統的高頻閉環增益。增益越大，系統越穩定。電容C和電阻R1設置單位增益變為非單位增益的頻率。為了保持穩定，此轉折頻率應比放大器的交越頻率至少低10倍1。采用圖1所示的值時，該提升電路在保持單位增益穩定的同時可以驅動最高10 nF的負載。

將反相輸入端(檢測)和AD8397輸出(強制)分別連接至DUT，可以形成開爾文連接，如圖1所示。這將強制放大器輸出為某一電壓，以補償反饋路徑中高電流引起的阻性損耗。檢測線路中流過的電流非常小，因此反相輸入端會隨同相輸入端變化。這一技術可以使DUT電源引腳保持在所需的電壓值。

AD8397可以提供源電流和吸電流，因此它也可以用來產生DUT的負電源。

圖3. AD8397用作基準電壓源，其電壓為供電電壓中間值

對于采用單電源供電的DUT，AD8397也可以用作電壓為供電電壓中間值的基準電壓源，如圖3所示。此時，AD8397緩沖電阻分壓器所確定的一半電源電壓。放大器可以提供源電流和吸電流，同時使中間電源電壓保持恒定。為了獲得雙向電流，AD8397必須采用單電源供電。為了對中間電源電壓去耦，需要使用上述補償技術。開爾文連接和/或電流檢測電阻同樣可以實現。