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电流检测放大器是一种专用集成电路差分放大器

来源:admin 编辑:织梦58 时间:2019-03-28 21:43

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在便携式、物联网和汽车设备及系统中,由线路或电池供电的电子设备需要通过监控电源电流来控制配电,因此电源完整性和控制功能至关重要。 电流检测是延长电池寿命、防止过电流、监控接地故障和优化电源控制的关键。。 问题是在高共模电压下需要精确测量。。

电流感测放大器或分流监控器是一种差分放大器集成电路,设计用于执行这种关键测量。。 电流测量的基本原理是使用串联分流电阻作为电流传感器,然后计算它们上面的压降。。 这些分流器和相关电流感测放大器的选择和放置对于正确的功率分配和有效的操作至关重要。。

本文将解释如何根据精度要求和成本选择分流和电流检测放大器。

测量电流的最简单方法是插入一个与待测电流串联的小电阻(也称为分流器)。测量电流检测电阻两端的电压,然后根据已知电阻值用欧姆定律计算电流。该方法简单、成本低、线性度好。

电流感测电阻器的选择必须注意电阻器精度、电阻温度系数和额定功率。对于给定的电流值,电阻值决定电阻器两端的压降。它还决定了检测电阻的功耗。一般来说,检测电阻值远小于1ω;。市场上有这种应用的特殊电阻。这些电阻器采用板、箔或膜形式的金属元件,或者沉积的薄膜或厚膜混合元件。

金属表面安装分流电阻器的一个例子是Ohemet MCS 3264 r 005 FEZR电流感测电阻器(图。1 )。表面贴装器件是一个两端,5米ω;电阻器,额定功率2 W,TCR 50 ppm / °;C。

Ohmite MCS3264R005FEZR 分流电阻器的图片

无花果。1: ohmitte MCS 3264r005fezr是一种金属表面贴装5米ω;分流电阻器。(照片来源: Ohmite )

分流电阻也有四端(开尔文)配置。在开尔文连接中,电流被提供给一对源极连接端子。另外两个检测连接(电压引线)非常靠近分流电阻。电压引线的放置避免了与源引线或触点相关的压降。几乎没有电流流向测量仪器,因此检测导线中的电压降可以忽略不计。Ohmite FC4TR050FER为50米ω;四端金属箔分流器。

应当注意,由于电阻温度系数的存在,检测电阻值将随着温度的变化而变化。选择低TCR电阻器、使用高额定功率电阻器或使用散热器都是降低温度对电阻器影响的方法。

电流检测放大器是一种专用集成电路差分放大器,设计用于检测分流器上产生的电压,并输出与被测电流成比例的电压。电流感测电阻器两端的电压通常在1至100毫伏的范围内,但可能取决于标称总线电压电势。CSA设计具有高共模抑制比( CMRR ),以消除输出中的总线电压。这些器件可以处理超过自身电源电压的共模电压。

无花果。图2是电流感测放大器的简化示意图,示出了具有反相和同相输入以及单个输出的典型差分放大器。

典型电流检测放大器的简化示意图

无花果。2 :典型电流检测放大器的简化示意图。增益由电阻R2与R1和R4与R3的比值设定。(照片来源:数码钥匙电子)

电阻值设置CSA的增益。结构是对称的,R1=R3,R2=R4。增益由R2与R1和R4与R3的比值决定。例如,在典型的CSA实施中,德州仪器公司的高性能仪表放大器INA210CIDCKR、R2和R4为1mω;R1和R3是5kω;因此,增益为200 v/v。这款放大器的增益精度为0。5 %。该集成电路的额定电源电压为2。7至26 V,但最大共模输入电压为- 3至26 V,与电源电压无关。这是CSA的主要特点。输入偏移电压仅为35μ;v,CMRR典型值为140分贝。

根据具体应用,德州仪器仪表研究所180B3IDBVR可能是更经济的CSA选择。CSA具有相同的共模输入电压范围,可以提供20、50、100和200伏/伏的增益。增益精度为1 %,共模抑制比为100分贝,输入失调电压为100μ;V。

有两种电流检测拓扑:高压侧检测和低压侧检测。高端配置将检测电阻置于电压源和负载之间,而低端检测将分流置于负载和地之间(图。3 )。

高压侧与低压侧检测对比图

无花果。3 :高压侧检测将分流( r 感觉 )置于电压源和负载之间,而低压侧检测将其置于负载和地之间。(照片来源:数码钥匙电子)

低压侧检测基于地电压,并且具有低输入共模电压。这使得电流监控放大器和相关电路更简单,并且通常降低了成本。

低压侧连接的缺点是它会将负载提高到地电压以上。当电流值改变时,流经分流电阻的电流将升高或降低系统参考电平。这可能会导致控制回路出现问题。此外,这种电路配置不能检测分流电阻器周围的电压总线对地短路。

高压侧拓扑的优点是负载和系统参考电压固定到地电压,与监控电流无关,并且可以容易地检测到总线对地短路。

缺点是在测量电路的输入端有一个接近总线电压的共模电压。除了给电流感测放大器加压之外,在某些应用中,可能需要将CSA输出电平下移至接近系统参考电平。

与高压侧测试相关的问题促使该行业开发了许多CSA系列产品。INA180和INA210是新型CSA,无论电源电压如何,都可以处理- 3至26伏的共模电压。它们适用于电机控制、电池监控、电源管理和其他应用。总线电压较高的应用可以使用其他能够提供高达80 V输入共模电压范围的CsA。对于较高的电压,CSA要求使用外部元件将放大器与共模电压或隔离放大器隔离。

检测电阻值应确保电阻器两端的压降远高于CSA电压偏移和预期总线电流范围内的任何附加垂直噪声。检测电阻的额定功率将由最大总线电流和最大压降决定。

例如,12 V总线预计最多可承载2 A电流。如果使用INA210 CSA,分流器两端的压降应大于35μ的最大失调电压;V。

共模抑制比在105至140分贝的范围内。利用较低的值( 105分贝),12 V总线电势(共模电压)将衰减到大约67μ;V。当乘以放大器增益时,它将显示为CSA输出端的失调电压。这种共模残余偏移不是由要测量的电流引起的,在这种情况下,残余不会引起问题,因为它小于测量值的1 %。

检测电阻值的选择必须确保压降远大于偏移电压。对于INA210 (增益200 )输出的2伏单极性摆幅,输入应为10毫伏。这明显大于上述输入电压偏移或共模残余。当标称最大电流为2 A时,检测电阻值应为5mω;。分流器的额定功率至少应为额定预期最大功耗20 mW的两倍。上述Ohemet MCS 3264 r 010 FEZR的额定功率为2 W,因此可以使用。

使用德州仪器TINA-TI程序模拟这种配置,我们可以看到电路的DC和交流传输特性(图4 )。DC传输特性显示线性响应,斜率为1 v/a。对于2 A的最大电流,它将产生2 V输出。交流响应的带宽为20千赫。

Texas Instruments TINA-TI 电路仿真的图片

无花果。4 :德州仪器蒂娜-蒂电路模拟,使用5m &ω;分流器,显示线性DC传输特性,斜率为1 V/A。(照片来源:数码钥匙电子)

电流检测放大器专门设计用于根据串联分流电阻上的压降测量总线电流,特别适用于高共模电压下的高压侧测量。这些放大器易于选择,如果使用得当,它们可以很好地执行电子系统中的功率测量、监控和控制任务。

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