Amplificatoare de detectare a curentului pentru aplicații cu spațiu limitat

Nimeni nu dorește produse electronice mai voluminoase și mai puțin eficiente. Producătorii doresc ca proiectanții să descopere cum să integreze componente de înaltă performanță în amprente mai mici, fără a compromite funcționalitatea. Cu alte cuvinte, cerința este de a găsi o modalitate de a rezolva provocările legate de furnizarea de aplicații electronice pentru spații limitat cu o precizie mai mare. În acest scop, amplificatoarele de detectare a curentului sunt esențiale pentru gestionarea eficientă a energiei, pentru funcționarea sigură și pentru controlul motoarelor sensibile la zgomot.

Amplificatoarele de detectare a curentului sunt utilizate pe scară largă în aplicații precum gestionarea bateriei, protecția la supracurent și detectarea defecțiunilor. Prin măsurarea și amplificarea căderii de tensiune pe un rezistor de șunt, acestea joacă un rol vital în protecția circuitului.

Apreciate pentru dimensiunile lor mici și costul redus, amplificatoarele de detectare a curentului sunt relativ simplu de implementat, dar există provocări, cum ar fi limitările lățimii de bandă, minimizarea zgomotului electric și a interferențelor și răspunsul ridicat al tensiunii de mod comun. Prin urmare, alegerea amplificatorului de detectare a curentului potrivit este un aspect important pentru succesul aplicației.

Determinarea potrivirii corecte începe cu identificarea caracteristicilor cheie ale aplicației:

• Intervalul acceptabil de curent și tensiunea maximă de intrare care pot fi tolerate de dispozitiv
• Condițiile de mediu și potrivirea performanțelor fiabile cu intervalul de temperatură dorit
• Specificațiile amplificatorului care respectă constrângerile de proiectare, inclusiv dimensiunea capsulei, lățimea de bandă, curentul de repaus și precizia
• Dacă este necesară utilizarea detectării curentului high-side sau low-side, în funcție de cerințele de precizie, izolare și ușurință de implementare

Analog Devices, Inc. (ADI) oferă un set de amplificatoare de detectare a curentului concepute pentru o gamă largă de aplicații care efectuează măsurători bidirecționale de curent în diverse aplicații industriale și auto (calificate AEC-Q100).

Dispozitivele AD8410A și AD8411A pot fi utilizate atât pentru măsurători de curent alternativ, cât și de curent continuu, sunt construite pentru a funcționa într-o gamă largă de temperaturi cu o eroare minimă de câștig și dispun de o gamă largă de tensiune de alimentare, pentru a se adapta la diferite cerințe de sistem. Ambele utilizează un miez de ajustare inclus în capsulă, care asigură o abatere de compensare tipică de ±0,26 µV/°C pe toată gama de temperaturi de funcționare și în gama de tensiune de mod comun, fără a fi nevoie de întrerupere periodică și de ceasuri cu zero automat care pot duce la creșterea zgomotului și la alte efecte negative.

AD8410A (Figura 1) are un câștig inițial de 20 V/V și o lățime de bandă de 2,2 MHz.

Figura 1: Amplificatorul de detectare a curentului AD8410A de la ADI. (Sursă imagine: Analog Devices, Inc.)

AD8411A (Figura 2) oferă un câștig inițial de 50 V/V și o lățime de bandă de 2,7 MHz, oferind o mai mare flexibilitate și sensibilitate.

Figura 2: Amplificatorul de detectare a curentului AD8411A de la ADI. (Sursă imagine: Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A poate fi utilizat atât pentru aplicații de detectare a curentului high-side, cât și low-side. Acestea sunt potrivite pentru detectarea curentului în fază sau high-side în diverse aplicații, cum ar fi controlul motoarelor, convertoare c.c./c.c. bidirecționale, controale de solenoizi și monitorizarea șinei de alimentare.

De asemenea, simt aplicabile pentru detectarea curentului în linie în acționările motoarelor de curent continuu fără perii (BLDC) pentru a măsura curentul care trece prin înfășurările motorului, ceea ce este esențial pentru un control precis și pentru optimizarea performanțelor.

Amplificatoarele de înaltă tensiune și cu lățime de bandă mare pentru detectarea curentului sunt concepute pentru aplicații de măsurare precisă a curentului, permițând controlul precis al cuplului, utilizarea de motoare și inductoare mai mici și aplicații mai inteligente cu motor. Utilizând o arhitectură unică, pot amplifica cu precizie tensiuni de șunt de curent diferențial mici în prezența unor tensiuni de mod comun care se schimbă rapid.

O lățime de bandă mai mare permite o detectare mai precisă a curentului la frecvențe de comutare ridicate în motoarele c.c., serverele AI și convertoarele c.c./c.c. Acest lucru rezultă într-o precizie mai mare a unui convertor analogic-digital (ADC), în special în aplicații cu frecvențe de comutare mai rapide de modulare în lățime a impulsurilor (PWM) și tensiuni ridicate.

În timp ce frecvențele de comutare mai mari pot duce adesea la o creștere a interferențelor electromagnetice (EMI), amplificatoarele de detectare a curentului AD8410A/11A sunt proiectate cu caracteristici care pot face față acestei provocări. Acestea au un raport ridicat de respingere a modului comun (CMRR) de 123 dB de la -2 V la +70 V pentru a ajuta la respingerea zgomotului și pentru a îmbunătăți performanța EMI, ceea ce le face potrivite pentru aplicații din medii electrice zgomotoase în care EMI le-ar putea afecta precizia. Sunt mai puțin predispuse la zgomot de intermodulație și reduc la minimum utilizarea filtrelor suplimentare.

AD8410A și AD8411A au în comun aceleași opțiuni de capsulare și caracteristici, cum ar fi protecția la supratensiune și o funcție de activare/dezactivare. Proiectate pentru a funcționa de la o singură sursă de alimentare de la 2,9 V la 5,5 V într-un interval de temperatură industrială de la -40 °C la +125 °C, acestea sunt disponibile în capsule compacte Standard Small Outline Package [SOIC_N] cu 8 conductoare și Mini Small Outline Package (MSOP) cu 8 conductoare, cu o plăcuță expusă pentru performanță termică îmbunătățită.

Pentru sistemele de control al motoarelor care necesită o măsurare precisă a curentului și feedback – cum ar fi acționările industriale, robotica sau vehiculele electrice – AD8410A/11A poate gestiona tensiuni înalte de mod comun de la alimentarea motorului și poate furniza o ieșire liniară proporțională cu curentul prin rezistorul de șuntare. AD8411A poate fi utilizat atunci când este nevoie de un câștig mai mare pentru rezistoarele de șuntare mai mici sau pentru intervale de curent mai mici.

Sistemele de gestionare a bateriilor care monitorizează curenții de încărcare și descărcare a celulelor sau a acumulatoarelor pot beneficia de capacitatea dispozitivelor AD8410A/11A de a măsura tensiunea diferențială pe un rezistor de șuntare în serie cu bateria pentru a oferi o detectare precisă și rapidă a curentului. AD8411A poate fi utilizat atunci când este nevoie de o rezoluție mai mare pentru niveluri scăzute de curent sau baterii de mare capacitate.

Pentru circuitele de monitorizare și protecție a surselor de alimentare care detectează condițiile de supracurent sau scurtcircuit, AD8410A/11A poate detecta curentul care circulă printr-o sarcină sau un comutator și poate furniza un semnal pentru detectarea defecțiunilor sau controlul de feedback. AD8411A poate fi utilizat atunci când este nevoie de un timp de răspuns mai rapid sau de o sensibilitate mai mare pentru aplicație.

Plăci de evaluare a amplificatorului de detectare a curentului ADI

Proiectanții pot profita de plăcile de evaluare ADI, care le permit să evalueze performanța amplificatoarelor de detectare a curentului AD8410 și AD8411 în diferite scenarii.

Plăcile AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Figura 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) și AD8411ARM-EVALZ (MSOP) sunt proiectate pentru o configurare ușoară a diferitelor moduri de funcționare și sarcini.

Figura 3: Placa de evaluare AD8410AR-EVALZ de la ADI. (Sursă imagine: Analog Devices, Inc.)

Cu aceste plăci, proiectanții pot explora caracteristicile și beneficiile amplificatoarelor de detectare a curentului AD8410 și AD8411 într-un cadru practic. Un șunt cu o dimensiune standard maximă de 2818 poate fi lipit pe plăci, iar modul de funcționare poate fi selectat pentru detectarea curentului unidirecțional sau bidirecțional.

Concluzie

Amplificatoarele de detectare a curentului AD8410 și AD8411 de la ADI sunt dispozitive versatile și de înaltă performanță care pot fi utilizate pentru o gamă largă de aplicații care necesită o măsurare precisă și fiabilă a curentului. Aceste amplificatoare acceptă aplicații de detectare a curentului high-side și low-side și pot contribui la îmbunătățirea eficienței, siguranței și fiabilității produselor electronice care necesită o monitorizare precisă și robustă a curentului, tensiune de compensare scăzută, abatere redusă, lățime de bandă ridicată și un raport ridicat de respingere a modului comun.