Wie misst man den Strom, der von einem nicht invertierenden Operationsverstärker mit hoher Spannung (> 50 V) an die Last geliefert wird?

Ich möchte den Strom messen, der von einem nicht invertierenden Operationsverstärker an eine beliebige Last geliefert wird. Wichtige Informationen für diesen Verstärker und Designziele:

• Der Ausgangsspannungshub ist hoch (bis zu etwa 100 V). Der Frequenzbereich des Verstärkers ist DC bis etwa 1 MHz.
• Der zu messende Ausgangsstrom liegt im Bereich von$\pm 100\text{ mA}$(dh relativ niedriger Strom und bidirektional). Ich möchte, dass diese Messung bis auf ungefähr genau ist$10 \mu\text{A}$Bereich.
• Ich habe keinen Zugriff auf die Low-Side der Last, daher kann ich der Last nicht einfach einen Low-Side-Messwiderstand hinzufügen und diesen Strom messen.
• Der Ausgang der Strommessschaltung sollte eine Spannung sein und kann eine niedrige Bandbreite haben (DC bis zu einer Bandbreite vorzugsweise im 100-kHz-Bereich, wie es für viele Strom-Shunt-Monitor-ICs typisch ist, aber die Bandbreite kann bei Bedarf niedriger sein). Es muss nicht die Bandbreite des Verstärkers selbst haben.
• Platinenraum und Kosten sind keine signifikante Einschränkung. Ich möchte nicht ein Dutzend ICs kaufen und mehr als 100 US-Dollar für die Strommessschaltung ausgeben müssen, aber ich bin bereit, mehr für die Leistung auszugeben. Beispielsweise bin ich bereit, bei Bedarf zwei unidirektionale Strommessschaltungen (eine für positiven und eine für negativen Strom) anstelle einer bidirektionalen Schaltung zu implementieren.

Ich habe die ausgezeichnete und ziemlich umfassende Current Sense Circuit Collection von Linear Tech durchgesehen, aber ich habe keine Lösung für mein Problem gefunden, das durch die Tatsache kompliziert wird, dass die Messung weder "High Side" noch "Low Side" ist (da die Spannung an der Last variiert je nach Ausgang des Operationsverstärkers).

Abgesehen von der Anforderung eines hohen Ausgangsspannungshubs scheint es mir der beste Weg, den Ausgangsstrom zu messen, darin zu bestehen, dem Verstärkerausgang einen Messwiderstand hinzuzufügen und ihn mit einem Instrumentenverstärker zu messen. Es gibt zwei mögliche Positionen für den Messwiderstand, dargestellt als$R_{\text{sa}}$Und$R_{\text{sb}}$unter ¹ :

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

$R_1$Und$R_2$sind Beispielwerte angegeben, um die Größenordnung ihrer Widerstände anzugeben. Sie müssen einen hohen Wert haben, da sonst der Strom durch sie erheblich ist, wenn der Ausgang eine hohe Spannung ist.

Das Problem bei dieser Lösung ist, dass ich keine Instrumentenverstärker-ICs gefunden habe, die eine Versorgungsspannung von so viel wie 100 V Ausgangshub bewältigen können. Ich könnte einen Eingangsverstärker aus Operationsverstärkern bauen, die zu einer so hohen Versorgungsspannung fähig sind (z. B. der LT6090 ), aber ich würde die hervorragende Widerstandsanpassung verlieren, die einem integrierten Verstärker ein gutes CMRR verleiht (auf jeden Fall wichtig für diese Lösung). ).

Gibt es eine bessere Lösung zum Messen des Stroms, der von einem nicht invertierenden Hochspannungs-Operationsverstärker an die Last geliefert wird? Oder kann ich irgendetwas tun, um die Leistung in dieser Anwendung eines Eingangsverstärkers zu verbessern, der aus Hochspannungs-Operationsverstärker-ICs besteht?

¹$R_{\text{sb}}$ist die einfachere Lösung, da der Strom durch sie genau gleich ist wie$I_{\text{load}}$. In diesem Fall wird die Rückkopplung des Operationsverstärkers jedoch nicht von der Last selbst übernommen - es gibt einen kleinen Ausgangsspannungsfehler, der der Spannung an der Spannung entspricht$R_{\text{sb}}$.

$R_{\text{sa}}$vermeidet diesen Fehler aber der Strom durch ihn ist$I_{\text{load}} + I_{\text{f}}$. Abhängig von den Werten von$R_1$Und$R_2$,$I_{\text{f}}$muss möglicherweise von dem durchgemessenen Strom subtrahiert werden$R_{\text{sa}}$. Dies sollte nicht allzu schwierig sein, da$I_{\text{f}} \approx V_{\text{in}}/R_{1}$.