一种高共模电流采样电流-基于INA10x

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一种高共模电流采样电流-基于INA10x

我们在采样共模比较高情况下时候的电流通常要使用CSA,CSA的共模电压范围一般比较高，,目前类比最高电流采样的CSA240也只能抗80V的共模，如果我们要采集更大的共模电压情况下的电流可以使用这种方法，如下图1所示。

图1:CSA231配合IND901采集高共模电流

其原理可以点击图片超链接了解。

但今天我们介绍另外一种方法，使用两个MOS管去实现超级高的共模电压情况下的电流采集，图纸如图2所示。

图2:高共模电流采集

⚠注意：图中CSA23使用的是行为模型，没有输入阻抗和偏置电流实际需要使用INA10x去实现这个电路才能达到仿真的效果！

图2中我们看到由Q1的G和Q1的D接在一起，此时Q1的D的电压等于Q1的Vth，因为Q1和Q2的Vth相等，此时Q1的Rdson等于Q2的Rdson。

此时图中CSA23的IN+电压等于Q1的Vth，IN-的电压为以下图3计算所示。

图3:IN-电压的计算

上图仿真代码如下仿真代码1所示

仿真代码1:

V1 V1_P V1_N 12 Pulse(0 12 1m 500u 500u 1.5m)
V2 U1_REF 0 5
R1 V1_P R1_N 100k
V3 V1_N 0 20
R2 R3_P R2_N 100k
R3 R3_P V1_P 1
R4 R4_P 0 1K
X$U1 Q2_G Q2_D U1_VOUT U1_REF 0 CSA23 pinnames: IN+ IN- VOUT REF GND
X$Q1 Q2_G Q2_G 0 IRF530 pinnames: D G S
X$Q2 Q2_D Q2_G 0 IRF530 pinnames: D G S
V$IPROBE1 R1_N Q2_G 0.0
.GRAPH IPROBE1#p axisType="auto" persistence=-1 curveLabel="IC" analysis="tran|ac|dc" xLog="auto" yLog="lin" nowarn=true disabled=false
V$IPROBE2 R3_P R4_P 0.0
.GRAPH IPROBE2#p axisType="auto" persistence=-1 curveLabel="iB" analysis="tran|ac|dc" xLog="auto" yLog="lin" nowarn=true disabled=false
V$IPROBE3 R2_N Q2_D 0.0
.GRAPH IPROBE3#p axisType="auto" persistence=-1 curveLabel="IC2" analysis="tran|ac|dc" xLog="auto" yLog="lin" nowarn=true disabled=false
.GRAPH U1_VOUT curveLabel= U1-VOUT nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe1
.GRAPH Q2_G curveLabel= U1-IN+ nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe2
.GRAPH Q2_D curveLabel= U1-IN- nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe3
.tran 5m

仿真结果如下图4所示：

图4:仿真结果

另外值得一提的是，calcpad的代码如下所示：

V1=12
V3=20
R1=100000
R2=100000
R3=1
R4=1000
Vth=3.5
VIN=V1+V3
I_Q1=(VIN-Vth)/R1
Q1_RDson=Vth/I_Q1
Q2_RDson=Q1_RDson
I_R3=(V1+V3)/(R4+R3)
V_R4=I_R3*R4
Q2_VDS=V_R4*Q2_RDson/(R2+Q2_RDson)

calcpad代码

calcpad在线工具地址：

https://calcpad.eu/Ide

记得使用类比INA10x系列才能达到仿真类似的效果！