Snímací proudové zesilovače pro prostorově omezené aplikace

Nikdo nechce objemnější a méně účinné elektronické produkty. Výrobci chtějí, aby konstruktéři objevili, jak umístit vysoce výkonné součásti do pouzder o menších rozměrech bez kompromisu na funkčnosti. Jinými slovy, úkolem je nalézt řešení problémů spojených s poskytováním elektronických aplikací s omezeným prostorem a vyšší přesností. Z tohoto důvodu mají snímací proudové zesilovače kritický význam pro účinné řízení spotřeby, bezpečný provoz a regulaci motorů citlivou na šum.

Snímací proudové zesilovače jsou široce využívány v aplikacích, jako jsou správa baterií, nadproudové ochrany a detekce poruch. Díky měření a zesilování úbytku napětí na bočníku hrají zásadní roli v ochraně obvodu.

Snímací proudové zesilovače, které jsou oceňovány pro svou malou velikost a nízkou cenu, se poměrně snadno implementují, vykazují však také problémy, jako jsou omezení šířky pásma, nutnost minimalizace elektrického šumu a rušení a vysoká odezva na souhlasné napětí. Úspěšná aplikace tedy vyžaduje výběr správného snímacího proudového zesilovače.

Správný výběr začíná identifikací hlavních charakteristik aplikace:

• Přijatelný proudový rozsah a maximální vstupní napětí, které je součást schopná tolerovat
• Podmínky prostředí a přizpůsobení spolehlivého výkonu požadovanému teplotnímu rozsahu
• Technické parametry zesilovače splňující konstrukční omezení, včetně velikosti pouzdra, šířky pásma, klidového proudu a přesnosti
• Stanovení, zda použít high-side nebo low-side snímání proudu na základě požadavků na přesnost, izolaci a snadnou implementaci

Společnost Analog Devices, Inc. (ADI) poskytuje sadu snímacích proudových zesilovačů navržených pro širokou škálu obousměrných měření proudu v různých průmyslových a automobilových aplikacích (kvalifikace AEC-Q100).

Zesilovače AD8410A a AD8411A, které lze využívat k měření střídavého i stejnosměrného proudu, jsou navrženy na provoz v širokém teplotním rozsahu s minimální chybou zisku a vykazují široký rozsah provozního napájecího napětí, aby vyhovovaly různým požadavkům systému. Oba modely využívají jádro typu trim core uvnitř pouzdra, které poskytuje typický ofset driftu ±0,26 µV/°C v celém rozsahu provozních teplot a souhlasného napětí, a to bez potřeby stabilizace chopperem a korekce auto-zero, které mohou vést ke zvýšenému šumu a dalším negativním účinkům.

Model AD8410A (obrázek 1) má počáteční zisk 20 V/V a šířku pásma 2,2 MHz.

Obrázek 1: snímací proudový zesilovač AD8411A od společnosti ADI. (Zdroj obrázku: Analog Devices, Inc.)

Model AD8411A (obrázek 2) nabízí počáteční zisk 50 V/V a šířku pásma 2,7 MHz, což poskytuje větší flexibilitu a citlivost.

Obrázek 2: snímací proudový zesilovač AD8411A od společnosti ADI. (Zdroj obrázku: Analog Devices, Inc.)

Modely AD8410A/11A lze využívat v aplikacích s high-side i low-side snímáním proudu. Tyto zesilovače jsou vhodné pro snímání soufázového nebo high-side proudu v různých aplikacích, například regulace motorů, obousměrné DC/DC měniče, ovládání elektromagnetů a monitorování napájecích lišt.

Jsou také použitelné pro inline snímání proudu v pohonech bezkartáčových stejnosměrných motorů (BLDC) za účelem měření proudu protékajícího motorovým vinutím, která má zásadní význam pro přesné řízení a optimalizaci výkonu.

Snímací proudové zesilovače vysokým napětím a velkou šířkou pásma jsou navrženy pro aplikace s přesným měřením proudu podporující precizní regulaci točivého momentu, použití menších motorů a induktorů a chytřejší aplikace s motorovým pohonem. Díky jedinečné architektuře mohou přesně zesilovat malé rozdílové úbytky napětí na bočnících v přítomnosti rychle se měnících souhlasných napětí.

Vyšší šířka pásma umožňuje přesnější snímání proudu při vysokých spínacích frekvencích ve stejnosměrných motorech, AI serverech AI a DC/DC převodnících. Výsledkem je vyšší přesnost analogově-digitálního převodníku (ADC), zejména v aplikacích s rychlejšími spínacími frekvencemi pulsně šířkové modulace (PWM) a vysokými napětími.

Ačkoli mohou vyšší spínací frekvence často vést ke zvýšenému elektromagnetickému rušení (EMI), snímací proudové zesilovače AD8410A/11A opatřeny funkcemi, které těmto problémům odolávají. Vyznačují se vysokým stupněm potlačení součtového signálu (CMRR) 123 dB v rozsahu -2 V až +70 V, který pomáhá odstranit šum a zlepšit výkonnost EMI, čímž se stávají vhodnými pro aplikace v elektrickém prostředí s vysokým šumem, kde by rušení EMI mohlo ovlivnit jejich přesnost. Jsou méně náchylné k intermodulačnímu šumu a minimalizují nutnost používání přídavných filtrů.

Zesilovače AD8410A a AD8411A sdílejí stejná provedení pouzder a vlastnosti, jako jsou přepěťová ochrana a funkce aktivace/deaktivace. Jsou navrženy tak, aby pracovaly při napájení z jednoho zdroje 2,9 V až 5,5 V v průmyslovém teplotním rozsahu -40 °C až +125 °C a jsou k dispozici v kompaktním, malém 8vývodovém pouzdru Standard Small Outline Package [SOIC_N] a 8vývodovém pouzdru Mini Small Outline Package (MSOP) s odkrytou podložkou zajišťující lepší odvod tepla.

Pro systémy regulace motorů vyžadující přesné měření proudu a zpětnou vazbu, například průmyslové pohony, robotika nebo elektrická vozidla, jsou obvody AD8410A/11A schopné zpracovávat vysoká souhlasná napětí z napájecího zdroje motoru a poskytovat lineární výstup úměrný proudu, který prochází bočníkem. Obvod AD8411A lze používat v aplikacích, kde ke vyžadován vyšší zisk při menších bočníkových odporech nebo nižších proudových rozsazích.

Systémy správy baterií monitorující nabíjecí a vybíjecí proudy bateriových článků nebo bloků mohou využívat schopnosti obvodu AD8410A/11A měřit úbytek napětí na bočníku v sérii s baterií, aby bylo zajištěno přesné a rychlé snímání proudu. Obvod AD8411A lze využívat v aplikacích, kde vyžadováno vyšší rozlišení při nižších úrovních proudu nebo s vysokokapacitními bateriemi.

V aplikacích monitorování napájecích zdrojů a ochranných obvodů detekujících nadproudové nebo zkratové stavy je obvod AD8410A/11A schopen snímat proud protékající zátěží nebo spínačem a poskytnout signál detekce poruchy nebo zpětnovazební regulace. Obvod AD8411A lze využívat v aplikacích vyžadujících kratší dobu odezvy nebo vyšší citlivost.

Vyhodnocovací desky snímacích proudových zesilovačů od společnosti ADI

Konstruktéři mohou využívat vyhodnocovací desky od společnosti ADI k vyhodnocování výkonu snímacích proudových zesilovačů AD8410 a AD8411 v různých scénářích.

Desky AD8410AR-EVALZ (SOIC) (obrázek 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) a AD8411ARM-EVALZ (MSOP) jsou navrženy pro snadnou konfiguraci různých provozních režimů a zatížení.

Obrázek 3: vyhodnocovací deska AD8410AR-EVALZ od společnosti ADI. (Zdroj obrázku: Analog Devices, Inc.)

S těmito deskami mohou konstruktéři zkoumat vlastnosti a výhody snímacích proudových zesilovačů AD8410 a AD8411 v praktických podmínkách. Na desky lze připájet bočník o maximální standardní velikosti 2818 a vybírat provozní režim jednosměrné nebo obousměrné snímání proudu.

Závěr

Snímací proudové zesilovače ADI AD8410 a AD8411 od společnosti ADI jsou všestranná a vysoce výkonné součásti, které lze používat v široké škále aplikací vyžadujících přesné a spolehlivé měření proudu. Tyto zesilovače, které podporují aplikace high-side a low-side snímání proudu, mohou pomoci zlepšit účinnost, bezpečnost a spolehlivost elektronických produktů vyžadujících přesné a robustní monitorování proudu, nízkou napěťovou nesymetrii, nízký drift, vysokou šířku pásma a vysokou míru potlačení součtového signálu.