En este artículo, comparamos los amplificadores de detección de corriente y los amplificadores diferenciales, analizando sus arquitecturas, características de rendimiento y diferencias de aplicación. Se destacan las ventajas de los amplificadores de detección de corriente en cuanto a ancho de banda, relación de rechazo de modo común (CMRR) y aplicaciones de alta frecuencia.

Diferencias arquitectónicas entre amplificadores de detección de corriente y amplificadores diferenciales

A diferencia de los amplificadores diferenciales, que se basan en redes de resistencias de entrada para atenuar las tensiones de entrada, los amplificadores de detección de corriente suelen emplear una arquitectura única. Utilizan transistores de entrada de alto voltaje para manejar directamente tensiones de modo común altas y de rápida variación, a la vez que amplifican con precisión pequeñas tensiones de derivación diferencial (Figura 1).

Figura 1. Ejemplo de un amplificador de detección de corriente

En los amplificadores diferenciales, la señal diferencial de entrada se atenúa primero mediante una red de resistencias y luego se amplifica de nuevo al nivel de entrada original con ganancia adicional para lograr la amplificación final de la señal en la salida. Restaurar la entrada atenuada a su amplitud de señal original consume parte del producto ganancia-ancho de banda del amplificador interno, sacrificando ancho de banda para lograr ganancia adicional.

En cambio, los amplificadores de detección de corriente no atenúan las señales gracias a sus transistores de entrada de alto voltaje, lo que elimina la necesidad de ganancia adicional para restaurar la amplitud de la señal. Esto permite que el amplificador operacional interno conserve mayor ancho de banda para la amplificación de la señal.

Ventajas de rendimiento de los amplificadores de detección de corriente

Ventaja de ancho de banda: Por ejemplo, el amplificador diferencial AD8206 tiene un ancho de banda de -3 dB para señales pequeñas de 100 kHz, mientras que el amplificador de detección de corriente AD8210 ofrece un ancho de banda de 450 kHz. Este mayor ancho de banda de los amplificadores de detección de corriente los hace ideales para aplicaciones de alta frecuencia o escenarios que requieren la detección de transitorios de corriente rápidos.

Alta relación de rechazo de modo común (CMRR): los amplificadores de detección de corriente generalmente exhiben una CMRR más alta, típicamente en el rango de 100 dB a 120 dB o más, mientras que la mayoría de los amplificadores diferenciales tienen una CMRR entre 80 dB y 100 dB.

Rango de voltaje en modo común: Una desventaja del mayor ancho de banda de los amplificadores de detección de corriente es la ausencia de redes de atenuación interna. Esto limita su capacidad para aceptar voltajes de entrada en modo común extremadamente altos en comparación con los amplificadores diferenciales. Sin embargo, los amplificadores de detección de corriente aún admiten rangos altos de voltaje en modo común, típicamente entre 80 V y 100 V.

Ventajas de los amplificadores de detección de corriente en mediciones de corriente con cambios rápidos

Los amplificadores de detección de corriente se utilizan comúnmente para medir grandes corrientes de conmutación. Al medir estas corrientes en el lado de alta tensión de una carga, la tensión en modo común a través de la resistencia de derivación puede fluctuar rápidamente entre el nivel de tierra y la tensión de alimentación.

Estos cambios rápidos pueden inducir transitorios significativos en la entrada del amplificador. En algunos casos, los transitorios de voltaje en modo común pueden superar la amplitud de la señal. Idealmente, el amplificador solo debería producir una salida que refleje el voltaje de sensado diferencial amplificado. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la salida puede presentar una respuesta escalonada en modo común.

Los amplificadores de detección de corriente se destacan por suprimir picos transitorios de modo común causados ​​por pasos de voltaje de modo común que cambian rápidamente, lo que los hace particularmente adecuados para aplicaciones de detección de corriente con amplitudes que varían rápidamente.

Aplicación de amplificadores de detección de corriente en sistemas de control de motores trifásicos

Un excelente ejemplo de conmutación rápida de voltaje en modo común se da en la medición de la corriente de fase de un sistema de control de motor trifásico. En estos sistemas, el controlador envía señales de modulación por ancho de pulsos (PWM) a la etapa inversora para accionar cada fase del motor (Figura 2).

Figura 2. Detección de corriente de control de motor trifásico

Se coloca una resistencia de derivación en serie con el motor para medir la tensión diferencial a través de él, lo que proporciona retroalimentación instantánea de la corriente. Esta retroalimentación permite al controlador determinar la fase de cada señal. Con la llegada de cada pulso PWM, la tensión en modo común en la resistencia de derivación conmuta rápidamente en todo el rango de alimentación, de V- a V+. Estas rápidas transiciones PWM requieren amplificadores con un gran ancho de banda y una supresión eficaz de sobreimpulsos transitorios durante los flancos de subida y bajada.