이 글에서는 전류 감지 증폭기와 차동 증폭기를 비교하고, 각 증폭기의 아키텍처, 성능 특성, 그리고 애플리케이션별 차이점을 분석합니다. 대역폭, 공통 모드 제거비(CMRR) 및 고주파 애플리케이션에서 전류 감지 증폭기의 장점을 강조합니다.

전류 감지 증폭기와 차동 증폭기의 구조적 차이점

입력 전압을 감쇠하기 위해 입력 저항 네트워크에 의존하는 차동 증폭기와 달리, 전류 감지 증폭기는 일반적으로 고유한 아키텍처를 사용합니다. 고전압 입력 트랜지스터를 사용하여 크고 빠르게 변하는 공통 모드 전압을 직접 처리하는 동시에 작은 차동 션트 전압을 정확하게 증폭합니다(그림 1).

그림 1. 전류 감지 증폭기의 예

차동 증폭기에서 입력 차동 신호는 먼저 저항 네트워크에 의해 감쇠된 후, 추가 이득을 적용하여 원래 입력 레벨로 증폭되어 출력에서 ​​최종 신호 증폭을 달성합니다. 감쇠된 입력을 원래 신호 진폭으로 복원하는 과정에서 내부 증폭기의 이득-대역폭 곱의 일부가 소모되어, 대역폭을 희생하여 추가 이득을 얻습니다.

반면, 전류 감지 증폭기는 고전압 입력 트랜지스터를 사용하기 때문에 신호를 감쇠시키지 않으므로 신호 진폭을 복원하기 위한 추가 이득이 필요하지 않습니다. 이를 통해 내부 연산 증폭기는 신호 증폭을 위해 더 많은 대역폭을 확보할 수 있습니다.

전류 감지 증폭기의 성능 이점

대역폭 이점: 예를 들어, AD8206 차동 증폭기는 3kHz의 소신호 -100dB 대역폭을 제공하는 반면, AD8210 전류 감지 증폭기는 450kHz의 대역폭을 제공합니다. 전류 감지 증폭기는 대역폭이 증가하여 고주파 애플리케이션이나 빠른 전류 과도 현상 감지가 필요한 경우에 이상적입니다.

높은 공통 모드 제거비(CMRR): 전류 감지 증폭기는 일반적으로 더 높은 CMRR을 보이는데, 일반적으로 100dB에서 120dB 이상의 범위에 속합니다. 반면 대부분의 차동 증폭기는 80dB에서 100dB 사이의 CMRR을 갖습니다.

공통 모드 전압 범위: 전류 감지 증폭기의 대역폭이 넓은 반면, 내부 감쇠 네트워크가 없다는 단점이 있습니다. 이로 인해 차동 증폭기에 비해 매우 높은 공통 모드 입력 전압을 수용하는 능력이 제한됩니다. 그러나 전류 감지 증폭기는 일반적으로 80V에서 100V 사이의 높은 공통 모드 전압 범위를 지원합니다.

빠르게 변화하는 전류 측정에서 전류 감지 증폭기의 장점

전류 감지 증폭기는 일반적으로 큰 스위칭 전류를 측정하는 데 사용됩니다. 부하의 높은 쪽에서 이러한 전류를 측정할 때, 션트 저항의 공통 모드 전압은 접지 레벨과 전원 전압 사이에서 빠르게 변동할 수 있습니다.

이러한 급격한 변화는 증폭기 입력단에서 상당한 과도 현상을 유발할 수 있습니다. 경우에 따라 공통 모드 전압 과도 현상이 신호 진폭 자체를 초과할 수 있습니다. 이상적으로 증폭기는 증폭된 차동 감지 전압을 반영하는 출력만 생성해야 합니다. 그러나 실제 적용에서는 출력이 공통 모드 계단 응답을 보일 수 있습니다.

전류 감지 증폭기는 빠르게 변화하는 공통 모드 전압 단계로 인해 발생하는 공통 모드 과도 전류 스파이크를 억제하는 데 탁월하여 진폭이 빠르게 변하는 전류 감지 애플리케이션에 특히 적합합니다.

3상 모터 제어 시스템에 전류 감지 증폭기 적용

빠른 공통 모드 전압 스위칭의 대표적인 예는 2상 모터 제어 시스템의 상전류 측정에서 나타납니다. 이러한 시스템에서 컨트롤러는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 인버터 단으로 전송하여 모터의 각 상을 구동합니다(그림 XNUMX).

그림 2. XNUMX상 모터 제어 전류 감지

션트 저항은 모터와 직렬로 연결되어 모터 양단의 차동 전압을 측정하여 즉각적인 전류 피드백을 제공합니다. 이 피드백을 통해 컨트롤러는 각 신호의 위상을 결정할 수 있습니다. 각 PWM 펄스가 도착하면 션트 저항의 공통 모드 전압은 전체 공급 범위(V-에서 V+)에서 빠르게 전환됩니다. 이러한 빠른 PWM 전환은 높은 대역폭과 상승 및 하강 에지에서 발생하는 과도 오버슈트를 효과적으로 억제하는 증폭기를 요구합니다.