この記事では、電流センスアンプと差動アンプを比較し、それぞれのアーキテクチャ、性能特性、アプリケーションの違いを分析します。電流センスアンプの帯域幅、同相除去比（CMRR）、高周波アプリケーションにおける利点に焦点を当てます。

電流センスアンプと差動アンプのアーキテクチャ上の違い

入力抵抗ネットワークを用いて入力電圧を減衰させる差動アンプとは異なり、電流センスアンプは通常、独自のアーキテクチャを採用しています。高電圧入力トランジスタを用いることで、大きくかつ急速に変化するコモンモード電圧を直接処理しながら、小さな差動シャント電圧を正確に増幅します（図1）。

図1. 電流検出アンプの例

差動増幅器では、入力差動信号はまず抵抗ネットワークによって減衰され、その後、ゲインを追加して元の入力レベルまで増幅され、出力における最終的な信号増幅が行われます。減衰された入力を元の信号振幅に戻す際に、内部増幅器のゲイン帯域幅積の一部が消費され、追加のゲインを得るために帯域幅が犠牲になります。

一方、電流センスアンプは高電圧入力トランジスタを搭載しているため信号を減衰させないため、信号振幅を復元するためのゲイン追加が不要です。これにより、内部オペアンプは信号増幅のためにより広い帯域幅を確保できます。

電流センスアンプの性能上の利点

帯域幅の優位性：例えば、AD8206差動アンプは小信号-3dB帯域幅が100kHzであるのに対し、AD8210電流センスアンプは450kHzの帯域幅を備えています。電流センスアンプの帯域幅が広いため、高周波アプリケーションや高速な電流過渡現象の検出が必要なシナリオに最適です。

高い同相モード除去比 (CMRR): 電流センス アンプは一般に高い CMRR (通常 100 dB ～ 120 dB 以上) を示しますが、ほとんどの差動アンプの CMRR は 80 dB ～ 100 dB です。

同相電圧範囲：電流センスアンプの広い帯域幅のトレードオフとして、内部減衰回路が欠如しています。そのため、差動アンプと比較して非常に高い同相入力電圧に対応できません。しかし、電流センスアンプは依然として高い同相電圧範囲（通常80V～100V）をサポートします。

高速変化する電流測定における電流センスアンプの利点

電流センスアンプは、大きなスイッチング電流の測定によく使用されます。負荷のハイサイドでこれらの電流を測定する場合、シャント抵抗の両端のコモンモード電圧がグランドレベルと電源電圧の間で急激に変動する可能性があります。

これらの急激な変化は、アンプの入力に大きな過渡現象を引き起こす可能性があります。場合によっては、コモンモード電圧の過渡現象が信号振幅自体を超えることもあります。理想的には、アンプは増幅された差動センス電圧を反映した出力のみを生成するはずです。しかし、実際のアプリケーションでは、出力がコモンモードステップ応答を示す場合があります。

電流センス アンプは、急速に変化するコモンモード電圧ステップによって発生するコモンモード過渡スパイクを抑制するのに優れているため、振幅が急速に変化する電流センス アプリケーションに特に適しています。

三相モータ制御システムにおける電流センスアンプの応用

コモンモード電圧の急速なスイッチングの代表的な例は、三相モータ制御システムの相電流測定です。このようなシステムでは、コントローラはパルス幅変調（PWM）信号をインバータ段に送信し、モータの各相を駆動します（図2）。

図2. 三相モータ制御電流検出

シャント抵抗器をモーターに直列に接続し、モーター両端の差動電圧を測定して瞬時の電流フィードバックを提供します。このフィードバックにより、コントローラは各信号の位相を判定できます。PWMパルスが到着するたびに、シャント抵抗器のコモンモード電圧はV-からV+までの全電源電圧範囲にわたって急速に変化します。このような高速PWM遷移には、高帯域幅で立ち上がりエッジと立ち下がりエッジにおける過渡オーバーシュートを効果的に抑制できるアンプが必要です。