Dans cet article, nous comparons les amplificateurs de détection de courant et les amplificateurs différentiels, en analysant leurs architectures, leurs performances et leurs différences d'application. Les avantages des amplificateurs de détection de courant en termes de bande passante, de taux de réjection de mode commun (CMRR) et d'applications haute fréquence sont mis en évidence.

Différences architecturales entre les amplificateurs de détection de courant et les amplificateurs différentiels

Contrairement aux amplificateurs différentiels, qui s'appuient sur des réseaux de résistances d'entrée pour atténuer les tensions d'entrée, les amplificateurs de détection de courant utilisent généralement une architecture unique. Ils utilisent des transistors d'entrée haute tension pour gérer directement les tensions de mode commun importantes et à variations rapides, tout en amplifiant avec précision les faibles tensions différentielles de shunt (figure 1).

Figure 1. Exemple d'amplificateur de détection de courant

Dans les amplificateurs différentiels, le signal différentiel d'entrée est d'abord atténué par un réseau de résistances, puis amplifié à nouveau jusqu'à son niveau d'entrée d'origine avec un gain supplémentaire pour obtenir l'amplification finale du signal en sortie. Restaurer l'amplitude d'entrée atténuée à son niveau d'origine consomme une partie du produit gain-bande passante de l'amplificateur interne, sacrifiant ainsi la bande passante pour obtenir un gain supplémentaire.

En revanche, les amplificateurs de détection de courant n'atténuent pas les signaux grâce à leurs transistors d'entrée haute tension, ce qui élimine le besoin de gain supplémentaire pour restaurer l'amplitude du signal. Cela permet à l'amplificateur opérationnel interne de conserver une bande passante plus importante pour l'amplification du signal.

Avantages de performance des amplificateurs de détection de courant

Avantage en termes de bande passante : Par exemple, l'amplificateur différentiel AD8206 offre une bande passante de -3 dB pour les petits signaux de 100 kHz, tandis que l'amplificateur de détection de courant AD8210 offre une bande passante de 450 kHz. La bande passante accrue des amplificateurs de détection de courant les rend idéaux pour les applications haute fréquence ou les scénarios nécessitant la détection de transitoires de courant rapides.

Taux de rejet de mode commun élevé (CMRR) : les amplificateurs de détection de courant présentent généralement un CMRR plus élevé, généralement compris entre 100 dB et 120 dB ou plus, tandis que la plupart des amplificateurs différentiels ont un CMRR compris entre 80 dB et 100 dB.

Plage de tension de mode commun : L'absence de réseaux d'atténuation internes constitue un compromis pour la bande passante plus large des amplificateurs de détection de courant. Cela limite leur capacité à accepter des tensions d'entrée de mode commun extrêmement élevées par rapport aux amplificateurs différentiels. Cependant, les amplificateurs de détection de courant supportent toujours des plages de tension de mode commun élevées, généralement comprises entre 80 et 100 V.

Avantages des amplificateurs de détection de courant dans les mesures de courant à évolution rapide

Les amplificateurs de mesure de courant sont couramment utilisés pour mesurer les courants de commutation importants. Lors de la mesure de ces courants côté haute tension d'une charge, la tension de mode commun aux bornes de la résistance shunt peut fluctuer rapidement entre le niveau de masse et la tension d'alimentation.

Ces variations rapides peuvent induire des transitoires importants à l'entrée de l'amplificateur. Dans certains cas, les transitoires de tension de mode commun peuvent dépasser l'amplitude du signal lui-même. Idéalement, l'amplificateur ne devrait produire qu'une sortie reflétant la tension de détection différentielle amplifiée. Cependant, dans les applications pratiques, la sortie peut présenter une réponse en échelon de mode commun.

Les amplificateurs de détection de courant excellent dans la suppression des pics transitoires en mode commun causés par des échelons de tension en mode commun à évolution rapide, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications de détection de courant avec des amplitudes à variation rapide.

Application des amplificateurs de détection de courant dans les systèmes de commande de moteurs triphasés

Un exemple typique de commutation rapide de tension en mode commun se produit lors de la mesure du courant de phase d'un système de contrôle de moteur triphasé. Dans ce type de système, le contrôleur envoie des signaux de modulation de largeur d'impulsion (MLI) à l'étage de l'onduleur pour piloter chaque phase du moteur (figure 2).

Figure 2. Détection du courant de commande du moteur triphasé

Une résistance shunt est placée en série avec le moteur pour mesurer la tension différentielle à ses bornes, fournissant ainsi une rétroaction instantanée du courant. Cette rétroaction permet au contrôleur de déterminer la phase de chaque signal. À chaque impulsion PWM, la tension de mode commun au niveau de la résistance shunt commute rapidement sur toute la plage d'alimentation, de V- à V+. Ces transitions PWM rapides nécessitent des amplificateurs à large bande passante et une suppression efficace des dépassements transitoires lors des fronts montants et descendants.