Strömavkänningsförstärkare för tillämpningar med begränsat utrymme

Ingen vill ha mer skrymmande och mindre effektiva elektroniska produkter. Tillverkare vill att konstruktörer ska komma på hur de ska få in högeffektiva komponenter på mindre ytor utan att kompromissa med funktionaliteten. Uppdraget är med andra ord att ta reda på hur man kan lösa utmaningarna med att leverera elektroniska tillämpningar med högre noggrannhet när utrymmet är begränsat. För detta ändamål är strömavkänningsförstärkare avgörande för en effektiv strömhantering, säker drift och ljudkänsliga motorstyrningar.

Strömavkänningsförstärkare används ofta i tillämpningar som batterihantering, överströmsskydd och feldetektering. Genom att mäta och förstärka spänningsfallet över en shuntresistor spelar de en viktig roll i kretsskyddet.

Strömavkänningsförstärkare, som är uppskattade för sin lilla storlek och låga kostnad, är relativt enkla att implementera, men det finns utmaningar som bandbreddsbegränsningar, minimering av elektriska störningar samt gensvaret vid höga common-mode-spänningar. Därför är det viktigt att välja rätt strömavkänningsförstärkare för att tillämpningen ska bli framgångsrik.

För att hitta rätt lösning måste man först identifiera de viktigaste egenskaperna för tillämpningen:

• Det acceptabla strömområdet och den maximala inspänning som kan tolereras av enheten
• Miljöförhållanden och anpassning av tillförlitlig prestanda till önskat temperaturområde
• Förstärkarens specifikationer för att uppfylla konstruktionsbegränsningar, inklusive kapslingens storlek, bandbredd, viloström och noggrannhet
• Om man ska använda strömavkänning på primär- eller sekundärsidan baserat på kraven på noggrannhet, isolering och enkel implementering

Analog Devices, Inc. (ADI) tillhandahåller en uppsättning strömavkänningsförstärkare som är konstruerade för ett stort tillämpningsområde som utför dubbelriktade strömmätningar i olika industri- och fordonsapplikationer (godkända enligt AEC-Q100).

AD8410A och AD8411A kan användas för både växel- och likströmsmätningar, är konstruerade för att arbeta i ett stort temperaturområde med minimalt förstärkningsfel och har ett brett matningsspänningsområde för att passa olika systemkrav. Båda använder en inbyggd trimkärna som ger en typisk offsetdrift på ±0,26 µV/°C i hela drifttemperaturområdet och common-mode-spänningsområdet, utan behov av kapning och automatiska klockor för nollställning, vilket kan leda till ökade störningar och andra negativa effekter.

AD8410A (bild 1) har en initial förstärkning på 20 V/V och en bandbredd på 2,2 MHz.

Figur 1: Strömavkänningsförstärkaren AD8410A från ADI (Bildkälla: Analog Devices, Inc.)

AD8411A (figur 2) har en initial förstärkning på 50 V/V och en bandbredd på 2,7 MHz för att ge större flexibilitet och känslighet.

Figur 2: Strömavkänningsförstärkaren AD8411A från ADI (Bildkälla: Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A kan användas för strömavkänningstillämpningar både på primär- och sekundärsidan. De är lämpliga för strömavkänning i fas eller på primärsidan i olika tillämpningar som t.ex. motorstyrning, dubbelriktad DC/DC-omvandling, solenoidstyrning och övervakning av matningar.

De kan även användas för strömavkänning i drivenheter för borstlösa DC-motorer (BLDC) för att mäta den ström som flödar genom motorlindningarna, vilket är avgörande för exakt styrning och prestandaoptimering.

Strömavkänningsförstärkare för hög spänning med hög bandbredd är konstruerade för tillämpningar med noggrann strömavkänning, vilket möjliggör noggrann momentstyrning, användning av mindre motorer och induktorer samt smartare motordrivna tillämpningar. Med hjälp av en unik arkitektur kan de förstärka små differentiella ström-shuntspänningar direkt i närvaro av snabbt föränderliga common-mode-spänningar.

Högre bandbredd möjliggör en mer exakt strömavkänning vid höga switchningsfrekvenser i DC-motorer, AI-servrar och DC/DC-omvandlare. Detta medför en högre noggrannhet i en analog- till digitalomvandlare (ADC), i synnerhet i tillämpningar med snabbare PWM-frekvenser (pulsbreddsmodulering) och höga spänningar.

Högre switchningsfrekvenser kan ofta leda till ökade elektromagnetiska störningar (EMI), men strömavkänningsförstärkarna AD8410A/11A är konstruerade med funktioner för att hantera den utmaningen. De har en hög common-mode rejection ratio (CMRR) på 123 dB från -2 till +70 V för att göra det lättare att avvisa brus och förbättra EMI-prestandan, vilket gör dem lämpliga i tillämpningar i elektriska miljöer med mycket störningar där EMI kan påverka deras noggrannhet. De är mindre känsliga för intermodulationsstörningar och minimerar användningen av ytterligare filter.

AD8410A och AD8411A har samma kapslingsalternativ och funktioner som överspänningsskydd och en funktion för aktivering/inaktivering. De är konstruerade för att arbeta med en enda strömförsörjning på 2,9 till 5,5 V i ett industriellt temperaturområde på -40 °C till +125 °C och finns i kompakta Standard Small Outline Package [SOIC_N] med 8 stift och Mini Small Outline Package (MSOP) med 8 stift och en exponerad dyna för förbättrad termisk prestanda.

För motorstyrningssystem som kräver exakt strömmätning och återkoppling - som t.ex. industriella drivenheter, robotar eller elfordon - kan AD8410A/11A hantera höga common-mode-spänningar från motorförsörjningen och tillhandahålla en linjär utgång som är proportionerlig mot strömmen genom shuntresistorn. AD8411A kan användas när en högre förstärkning behövs för mindre shuntresistorer eller lägre strömområden.

Batterihanteringssystem som övervakar laddnings- och urladdningsströmmarna i battericeller eller batteripaket kan dra nytta av förmågan i AD8410A/11A att mäta differentialspänningen över en shuntresistor i serie med batteriet för att ge exakt och snabb strömavkänning. AD8411A kan användas när en högre upplösning krävs för låga strömnivåer eller batterier med hög kapacitet.

För övervakning av strömförsörjning och skyddskretsar som upptäcker överström eller kortslutning kan AD8410A/11A känna av den ström som flyter genom en last eller en switch och tillhandahålla en signal för feldetektering eller styrning av återkoppling. AD8411A kan användas när en snabbare svarstid eller högre känslighet krävs i tillämpningen.

Utvärderingskort för strömavkänningsförstärkare från ADI

Konstruktörer kan dra nytta av utvärderingskorten från ADI, som gör det möjligt för konstruktörer att utvärdera prestandan hos strömavkänningsförstärkarna AD8410 och AD8411 i olika scenarier.

Korten AD8410AR-EVALZ (SOIC) (figur 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) och AD8411ARM-EVALZ (MSOP) är utformade för enkel konfiguration av olika driftlägen och belastningar.

Figur 3: Utvärderingskortet AD8410AR-EVALZ från ADI (Bildkälla: Analog Devices, Inc.)

Med de här korten kan konstruktörer utforska funktionerna och fördelarna hos strömavkänningsförstärkarna AD8410 och AD8411 i en praktisk miljö. En shunt med en maximal standardstorlek på 2818 kan lödas fast på korten, och det går att välja driftläge för en enkel- eller dubbelriktad strömavkänning.

Sammanfattning

Strömavkänningsförstärkarna AD8410 och AD8411 från ADI är mångsidiga och högeffektiva enheter som kan användas i ett stort antal tillämpningar som kräver noggrann och tillförlitlig strömmätning. Förstärkarna har stöder för strömavkänningstillämpningar på primär- eller sekundärsidan och kan bidra till att förbättra effektiviteten, säkerheten och tillförlitligheten hos elektroniska produkter som kräver exakt och robust strömövervakning, låg offsetspänning, låg avvikelse, hög bandbredd och hög common-mode-avvisning.