当前位置:首页 > 工业控制 > 伺服与控制
[导读] 在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应 用中,电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。如何设计宽动态范围的高端电流检测电路,这对于大多数工程师来说都具有挑战性,这里分享由ADI技

在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应 用中,电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。如何设计宽动态范围的高端电流检测电路,这对于大多数工程师来说都具有挑战性,这里分享由ADI技术专家Neil Zhao、Wenshuai Liao 和Henri Sino提供的几个建议电路供大家参考。

将按照设计复杂度从高到低的顺序介绍三种可选解决方案,它们能针对各种不同的应用提供可行的高精度、高分辨率电流检测。

1. 使用运算放大器、电阻和齐纳二极管等分立器件来构建电流传感器。这种解决方案以零漂移放大器AD8628 为核心器件。

2. 使用AD8210 等高压双向分流监控器来提高集成度,并利用其它外部器件来扩展动态范围和精度。

3. 采用针对应用而优化的器件, 例如最新推出的AD8217。AD8217 是一款易于使用且高度集成的零漂移电流传感器,输入共模电压范围为4.5 V 至80 V。

解决方案二:利用AD8210 和外部器件进行高端电流检测

图2a 所示为集成高压双向分流监控器AD8210 的简化框图;图2b 所示为采用外部基准电压源的单向应用。

图2. (a) 高压双向分流监控器AD8210;(b) 采用外部基准电压源的宽范围单向应用

AD8210 可以放大正或负电流流过分流电阻时产生的小差分输入电压,同时抑制高共模电压(最高65 V),并提供以地为参考的缓冲输出。

如图2a 所示,它主要包括两个模块:一个差分放大器和一个仪表放大器。输入端通过R1 和R2 连接到差分放大器A1。A1利用Q1 和Q2 调整流经R1 和R2 的小电流,使其自身输入端上的电压为零。当AD8210 的输入信号为0 V 时,R1 和R2 中的电流相等。当该差分信号非零时,一个电阻中的电流增大,另一个电阻中的电流则减小。电流差与输入信号的大小和极性成正比。

R3 和R4 将流经Q1 和Q2 的差分电流转换为差分电压。A2 配置为仪表放大器,用于将该差分电压转换为单端输出电压。通过精密调节的薄膜电阻在内部将增益设置为20 V/V。

使用VREF1 和VREF2 引脚可以轻松调整输出基准电压。在处理双向电流的典型配置中,VREF1 连接到VCC,而VREF2 连接到GND。这种情况下,当输入信号为0 V 时,输出以VCC/2 为中心电压。因此,对于5 V 电源,输出以2.5 V 为中心电压。根据分流电阻上的电流方向不同,输出将大于或小于2.5 V。

这种配置非常适合充电/放电应用,但如果用户需要利用整个输出范围来测量一个单向电流,那么一种典型方法就是利用外部源来设置该范围,如图2b 所示。此时,一个电阻分压器经过一个运算放大器缓冲来驱动连在一起的VREF1 和VREF2 引脚,从而使输出发生偏移。

当负载电流接近0 时,单单依靠放大器难以监控负载电流。采用5 V 电源时,AD8210 的线性输出范围为50 mV 至4.9 V。假设应用中的分流电阻为10 mΩ,那么其上流过的最小电流必须大于250 mA,才能确保AD8210 的输出高于其50 mV 的最低点。

图2b 所示配置引入了一个偏移,以便测量更小的电流。当放大器增益为20 V/V 时,输出电压与监控电流之间的关系可以通过公式2 表表示:

例如,当电阻R1 和R2 分别为9800 Ω 和200 Ω 时,失调电压为100 mV。当差分输入为0 V 时,AD8210 的输出是100 mV,仍然落在线性范围之内。如果分流电流范围为50 mA 至20 A,当RSHUNT = 10 mΩ 时,输入范围将是0.5 mV 至200 mV,AD8210 的输出范围是10 mV 至4 V 加上失调电压,即0.11 V至4.1 V,完全位于其额定线性范围以内。

事实上,利用这种配置,设计人员可以将AD8210 的输出偏移到电源范围内的任何一点,从而处理具有任何非对称性的任意电流范围。由于精密调节的电阻内部连接到基准输入端,因此需要使用一个运算放大器来缓冲分压器。为了获得最佳结果,应当以低阻抗来驱动这些输入端。可用来缓冲外部基准电压源的精密低成本运算放大器包括AD8541、AD8601、AD8603、AD8605、AD8613、AD8691 和AD8655 等。

事实上,利用这种配置,设计人员可以将AD8210 的输出偏移到电源范围内的任何一点,从而处理具有任何对称性的任意电流范围。由于精密调整的电阻内部连接到基准输入端,因此需要使用一个运算放大器来缓冲分压器。为了获得最佳结果,应当以低阻抗来驱动这些输入端。可用来缓冲外部基准电压源的精密低成本运算放大器包括AD8541、AD8601、AD8603、AD8605、AD8613、AD8691 和AD8655 等。

与分立解决方案相比,这种集成解决方案要求分流监控器具有高共模电压范围,当输出电压范围无法达到电流检测范围要求时,它还要求输出偏移。但它能够处理双向电流监控,并且避免了上述温漂和功耗问题。AD8210 失调漂移和增益漂移的保证最大值分别为8 μV/°C 与20 ppm/°C。如果使用AD8603 作为缓冲器,它所贡献的失调仅有1 μV/°C,与AD8210 已经很低的失调电压漂移相比可以忽略不计。分压器R1 和R2 的功耗为:

以图2b 所示的参数进行计算,其功耗仅为1.2 mW。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

在电子工程领域,电压跟随器(Voltage Follower)是一种极其重要的运算放大器电路配置,它以其独特的特性,在信号处理、系统接口设计以及电气隔离等方面扮演着关键角色。电压跟随器也称为缓冲放大器、单位增益放大器或隔...

关键字: 电压跟随器 运算放大器

新竹,台湾,2024年3月13日 -工业5.0注重智慧化、感测能力和高度自动化,代表着智慧工业领域的新一波革命,在这个背景下,工业自动化和物联网应用在多个领域对高精准、小型化传感器的需求不断增加。NuMicro M091...

关键字: 运算放大器 模拟数字转换器 传感器

高增益和内部频率补偿。LM358的内部包括两个独立的运算放大器,每个放大器都具有高增益和内部频率补偿,适合于单电源或双电源工作模式。

关键字: lm358芯片 运算放大器 高增益

静态电流仅160nA,有助于消费电子和工业设备应用更加省电

关键字: 运算放大器 静态电流 消费电子

典型应用包括工业、服务器和电信基础设施电源,以及汽车信号调理和电源转换电路

关键字: 运算放大器 服务器 电源转换电路

RC正弦波振荡器是一种常用的模拟振荡器,它利用电阻(R)和电容(C)元件以及运算放大器(Op-Amp)来产生正弦波信号。这种振荡器结构简单、易于实现,并且输出信号的频率和幅度可以通过改变电阻和电容的值来调整。本文将详细介...

关键字: RC正弦波振荡器 运算放大器 正弦波信号

以下内容中,小编将对运算放大器的相关内容进行着重介绍和阐述,希望本文能帮您增进对运算放大器的了解,和小编一起来看看吧。

关键字: 放大器 运算放大器

LM324是一款四通道运算放大器,广泛应用于各种模拟电路中。了解其功能引脚图对于正确使用和配置LM324至关重要。本文将详细解析LM324的功能引脚图,帮助读者更好地理解其工作原理和应用。

关键字: LM324 运算放大器 模拟电路

本文将探讨适合乙醇和一氧化碳(CO)等电化学气体传感器应用的运算放大器。还将讨论此类应用所需的放大器性能,帮助便携式设备以更低功耗准确测量乙醇和CO,并获得更理想的结果。

关键字: 电化学传感器 运算放大器

2023 年 10 月 24 日,中国– 意法半导体的 TSB182双运算放大器为传感器带来高准确度信号调理功能,主要产品亮点包括最大 20μV 输入失调电压、100nV/°C 温漂和4V-36V的中压工作电压。

关键字: 传感器 中压运放 运算放大器
关闭
关闭