電流検出のハイサイド回路について

質問

２５Ｗの太陽電池パネルを用いてバッテリーへの充電回路を考えています。システムではバッテリーから常に負荷を取っています。例えば１週間も雨が降った時を想定するとバッテリーが過放電になります。これを避けるために小形の電源を充電補助として考えています。太陽電池が働いている時は充電電流を検知して充電補助回路を遮断するシステムです。電流検知回路を調べたら添付のハイサイド電流検知方法が最適と思えました。疑問はオペアンプの電源が３Ｖで入力の電圧は３Ｖｔｏ４４Ｖとなっています。私の場合は負荷が１２Ｖのバッテリーになりますので入力は１４Ｖぐらいになると想定しますが負荷側、オペアンプ側、更にトランジスター側共に同一アースになっていますのでオペアンプの電源３Ｖでは動作しないと思えました。この回路をどのように変更すれば１２Ｖのバッテリーを負荷とした電流検知となるのでしょうかご教授お願いします。

回答No.1

xpopo · ベストアンサー

今晩は。

＞疑問はオペアンプの電源が３Ｖで入力の電圧は３Ｖｔｏ４４Ｖとなっています。私の場合は負荷が１２Ｖのバッテリーになりますので入力は１４Ｖぐらいになると想定しますが負荷側、オペアンプ側、更にトランジスター側共に同一アースになっていますのでオペアンプの電源３Ｖでは動作しないと思えました。この回路をどのように変更すれば１２Ｖのバッテリーを負荷とした電流検知となるのでしょうか

回答＞＞

このICは入力の内部回路に工夫が成されていて、入力が正電源より高くなっても正常に動作するように設計されてます。データシートの１ページ目の　DESCRIPTION　の中に以下のような記述があります。

The LT1637 has a unique input stage that operates and remains high impedance when above the positive supply.　The inputs take 44V both differential and common mode, even when operating on a 3V supply.
(訳：LT1637は正電源電圧より高い時は動作し、高入力インピーダンスを維持する独特の入力段を備えてます。この入力は３Vの電源で動作してる時でさえ４４Vの差動および同相電圧で動作します。）

ということですのでこのICの電源電圧に３Vを使用しても問題なく動作します。すばらしいICですね。コストは高いですけど。

お礼

早速のご回答有り難うございます。レール・トゥ・レールの汎用オペアンプだと思っていました。購入先を探して試して見たいと
思っています。大変参考になりました。

回答No.5

inara1

＞R3をR2と同じ、というのは勘違いですね
その通りです。tadysさんありがとうございます。

回答No.4

tadys

LT1637の電源電圧は４４Vまで加える事が出来るので、バッテリの電圧をそのまま使用できます。
ただし、何か問題が起きた場合に出力電圧がバッテリーと同じになる恐れがあるので、次につながる回路の許容電圧に見合った電圧にする方が良いでしょう。

LT1637の入力バイアス電流は入力電圧が５Vを超えても20uA程度とハイインピーダンスを保っています。
そうは言っても無視できる値では無いのでNo.2さんの言う通り、R1と同じ値の抵抗R3を入れる方が良いでしょう。（R3をR2と同じ、というのは勘違いですね）

LT1637はデジキーで購入できますが、デジキーで買うのならば同等の機能のICが色々あります。
LT1637はデジキーで￥270.ですが、INA271で有れば￥121.です。
http://www.digikey.jp/product-detail/ja/LT1637CN8%23PBF/LT1637CN8%23PBF-ND/889163
http://www.digikey.jp/product-detail/ja/INA271AIDR/296-21650-1-ND/1531104

その他のICを探すのであれば、こちらから
http://www.digikey.jp/scripts/dksearch/dksus.dll?FV=fff40027%2Cfff80220%2Cac0016%2C1b801df%2C1b801e0&vendor=0&mnonly=0&newproducts=0&ptm=0&fid=0&quantity=0&PV7=2&PV7=6&stock=1

回答No.3

inara1

ANo.2です。
間違いがあったので訂正します。
【誤】電流検出抵抗Rsに流れる電流が0でも、Voutは0Vになりません。
【正】Voutは計算式より50mV低い値になってしまっています。

【誤】R3をR2と同じ抵抗値とすることで、Rsに流れる電流が0のときのVoutはほぼ0Vになります。
【正】R3をR2と同じ抵抗値とすることで、Voutの誤差はほぼ0Vになります。

お礼

訂正文有り難うございます。私の場合は太陽電池がある程度の充電電流（１００ｍＡ）が働いてから後方のロジックを考えています。回路上のご説明大変参考になりました。

回答No.2

inara1

LT1637を使ったことはありませんが、リニアテクノロジ社の無料回路シミュレータLT-spiceでシミュレーションしてみると、電源電圧が3Vでも動作するようです。この場合、LT1637の出力電圧は3Vまでしか出ないので、回路の出力電圧（Vout）の上限は、トランジスタのVbe（～0.7V）だけ低い2.3Vになります。

LT1637の入力には抵抗が入っているので、電源電圧を越える入力があっても動作しますが、入力電圧が電源電圧を越えると、入力バイアス電流が急増します。そのため、ご質問にあるような回路では、電流検出抵抗Rsに流れる電流が0でも、Voutは0Vになりません。この誤差を小さくするには、添付図の回路のように、バイアス電流補償用の抵抗R3を入れてください。

添付図のシミュレーションでは、R3を入れれたとき（R3=200Ω）と、入れないとき（R3=0）の特性を比較したものです。R3をR2と同じ抵抗値とすることで、Rsに流れる電流が0のときのVoutはほぼ0Vになります。Voutを完全に0Vにするには、データシート（http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1637fd.pdf）の12ページのFigure1にある回路でオフセット調整します。