Virtamittausvahvistimet tilarajoitteisiin sovelluksiin

Kukaan ei halua tilaa vieviä ja tehottomia elektroniikkatuotteita. Valmistajat haluavat, että suunnittelijat keksivät, miten huipputehokkaat komponentit saadaan mahtumaan pienempään tilaan toiminnallisuudesta tinkimättä. Toisin sanoen suunnittelijat pyrkivät löytämään keinoja ratkaista haasteet, jotka liittyvät elektroniikkasovellusten toteuttamiseen ahtaassa tilassa suuremmalla tarkkuudella. Tämän vuoksi virtamittausvahvistimet ovat ratkaisevan tärkeitä tehokkaan tehonhallinnan, turvallisen toiminnan ja kohinalle herkän moottorinohjauksen kannalta.

Virtamittausvahvistimia käytetään laajalti sellaisissa sovelluksissa kuten akunhallinnassa, ylivirtasuojauksessa ja vikojen tunnistuksessa. Niillä on keskeinen rooli piirien suojauksessa virtamittausvastuksen ylitse vaikuttavan jännitehäviön mittaamisessa ja vahvistamisessa.

Virtamittausvahvistimet ovat pienen kokonsa ja edullisuutensa ansiosta suhteellisen helppoja toteuttaa, mutta niihin liittyy sellaisia haasteita kuten kaistanleveysrajoitukset, sähköisen kohinan ja häiriöiden minimointi sekä korkea yhteisjännitevaste. Sopivan virtamittausvahvistimen valinta on siten tärkeää sovelluksen menestyksen kannalta.

Oikean ratkaisun löytämiseksi täytyy ensin määritellä sovelluksen tärkeimmät ominaisuudet:

• sallittu virta-alue ja suurin tulojännite, jonka laite voi kestää
• ympäristöolosuhteet ja vastaava luotettava suorituskyky halutulla lämpötila-alueella
• suunnittelurajoitukset täyttävät vahvistinspesifikaatiot, mukaan lukien kotelokoko, kaistanleveys, lepovirta ja tarkkuus
• käytetäänkö yläpuolen vai alapuolen virtamittausta. Tähän vaikuttavat seuraavat vaatimukset: tarkkuus, erotus ja toteutuksen helppous.

Analog Devices, Inc. (ADI) tarjoaa sarjan monenlaisiin sovelluksiin sopivia virtamittausvahvistimia, jotka suorittavat kaksisuuntaisia virtamittauksia erilaisissa teollisuus- ja autoteollisuussovelluksissa (AEC-Q100-hyväksyntä).

Malleja AD8410A ja AD8411A voidaan käyttää sekä AC- että DC-mittauksiin. Ne on tarkoitettu laajalle lämpötila-alueelle minimaalisella vahvistusvirheellä, ja ne tarjoavat laajan käyttöjännitealueen erilaisten järjestelmävaatimuksien täyttämiseksi. Molemmissa käytetään koteloon integroitua säätöydintä, joka tarjoaa tyypillisen offset-ryöminnän ±0,26 µV/°C koko käyttölämpötila-alueella ja yhteisjännitealueella ilman hakkuria ja kellojen automaattisen nollauksen tarvetta, mikä voisi lisätä kohinaa ja muita negatiivisia vaikutuksia.

AD8410A-virtamittausvahvistimen (kuva 1) alkuvahvistus on 20 V/V ja kaistanleveys 2,2 MHz.

Kuva 1: ADI:n AD8410A-virtamittausvahvistin. (Kuvan lähde: Analog Devices, Inc.)

AD8411A (kuva 2) tarjoaa alkuvahvistuksen 50 V/V ja kaistanleveyden 2,7 MHz, mikä tarjoaa enemmän joustavuutta ja herkkyyttä.

Kuva 2: ADI:n AD8411A-virtamittausvahvistin. (Kuvan lähde: Analog Devices, Inc.)

Virtamittausvahvistimia AD8410A/11A voidaan käyttää sekä yläpuolen että alapuolen virtamittaussovelluksiin. Ne soveltuvat vaiheenmukaiseen tai yläpuolen virtamittaukseen erilaisissa sovelluksissa, kuten moottorinohjauksessa, kaksisuuntaisissa DC/DC-muuntimissa, solenoidiohjaimissa ja jännitetason seurannassa.

Niitä voidaan käyttää myös harjattomien BLDC-moottoriohjausten inline-virtamittaukseen moottorin käämien läpi kulkevan virran mittaamiseksi, mikä on ratkaisevan tärkeää tarkan ohjauksen ja suorituskyvyn optimoinnin kannalta.

Korkean jännitteen ja korkean kaistanleveyden virtamittausvahvistimet on suunniteltu tarkkoihin virtamittaussovelluksiin. Ne mahdollistavat tarkan vääntömomentin ohjauksen, pienempien moottoreiden ja induktoreiden käytön sekä älykkäämmät moottorikäyttöiset sovellukset. Ainutlaatuisen arkkitehtuurinsa ansiosta ne pystyvät vahvistamaan tarkasti pieniä differentiaalivirran shunttijännitteitä, vaikka läsnä olisi nopeasti muuttuvia yhteisjännitteitä.

Korkeampi kaistanleveys mahdollistaa tarkemman virtamittauksen korkeilla kytkentätaajuuksilla DC-moottoreissa, AI-palvelimissa ja DC/DC-muuntimissa. Tämä lisää analogia-digitaalimuuntimien (ADC) tarkkuutta erityisesti sovelluksissa, joissa pulssinleveysmodulaation (PWM) kytkentätaajuudet ovat nopeampia ja jännitteet korkeita.

Vaikka korkeammat kytkentätaajuudet voivat usein lisätä sähkömagneettisia häiriöitä (EMI), AD8410A/11A-virtamittausvahvistimiin kuuluu ominaisuuksia, joilla tämä haaste voidaan ratkaista. Ne tarjoavat korkean yhteismuotoisen hylkäyssuhteen (CMRR) 123 dB alueella −2 ... 70 V kohinan vähentämiseksi ja EMI-suorituskyvyn parantamiseksi, joten ne soveltuvat meluisiin sähköympäristöihin, joissa EMI saattaisi vaikuttaa niiden tarkkuuteen. Ne ovat vähemmän alttiita keskinäismodulaatiokohinalle ja minimoivat lisäsuodattimien tarpeen.

Virtamittausvahvistimilla AD8410A ja AD8411A on samat kotelovaihtoehdot ja ominaisuudet, kuten ylijännitesuojaus ja aktivointi/deaktivointitoiminto. Ne on suunniteltu toimimaan yksipuolisella jännitteellä 2,9–5,5 V ja teollisuuslämpötila-alueella −40 ... +125 °C. Niitä on saatavana kompakteissa 8-nastaisissa Standard Small Outline Package [SOIC_N]- ja 8-nastaisissa Mini Small Outline Package (MSOP) -koteloissa, jotka sisältävät termistä tehokkuutta parantavan avoimen juotoskohdan.

Tarkkaa virtamittausta ja takaisinkytkentää vaativissa moottorinohjausjärjestelmissä – kuten teollisuuskäytöissä, robotiikassa tai sähköajoneuvoissa – AD8410A/11A-virtamittausvahvistin pystyy käsittelemään moottorin virransyötön korkeita yhteisjännitteitä ja tarjoaa lineaarilähdön, joka on verrannollinen virtamittausvastuksen läpi kulkevaan virtaan. AD8411A-virtamittausvahvistinta voidaan käyttää, kun tarvitaan korkeampaa vahvistusta pienempiä virtamittausvastuksia tai pienempiä virtalukemia varten.

Akunhallintajärjestelmät, jotka valvovat akkukennojen tai -pakettien lataus- ja purkausvirtoja, voivat hyödyntää AD8410A/11A-virtamittausvahvistimen kykyä mitata differentiaalijännite akun kanssa sarjaan kytketyn virtamittausvastuksen kautta tarkan ja nopean virtamittauksen varmistamiseksi. AD8411A-virtamittausvahvistinta voidaan käyttää, kun alhaisille virtatasoille tai suurikapasiteettisille akuille tarvitaan korkeampaa resoluutiota.

Virtalähteiden valvonta- ja suojapiireissä, jotka tunnistavat ylivirta- tai oikosulkutilanteet, AD8410A/11A-virtamittausvahvistin voi mitata kuorman tai kytkimen läpi kulkevan virran ja antaa signaalin vian tunnistusta tai takaisinkytkentäohjausta varten. AD8411A-virtamittausvahvistinta voidaan käyttää, kun sovelluksessa tarvitaan nopeampaa vasteaikaa tai korkeampaa herkkyyttä.

ADI:n virtamittausvahvistimen arviointialustat

Suunnittelijat voivat hyödyntää ADI:n arviointialustoja, joiden avulla he voivat arvioida AD8410- ja AD8411-virtamittausvahvistimien suorituskykyä eri skenaarioissa.

Arviointialustat AD8410AR-EVALZ (SOIC) (kuva 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) ja AD8411ARM-EVALZ (MSOP) on suunniteltu eri toimintatilojen ja kuormien helppoon konfigurointiin.

Kuva 3: ADI:n AD8410AR-EVALZ-arviointialusta. (Kuvan lähde: Analog Devices, Inc.)

Näiden arviointialustojen avulla suunnittelijat voivat tutustua AD8410- ja AD8411-virtamittausvahvistimien ominaisuuksiin ja hyötyihin käytännössä. Alustoihin voidaan juottaa virtamittausvastus, jonka suurin vakiokoko on 2818, ja toimintatavaksi voidaan valita yksisuuntainen tai kaksisuuntainen virtamittaus.

Yhteenveto

ADI:n AD8410- ja AD8411-virtamittausvahvistimet ovat monipuolisia ja suorituskykyisiä laitteita, joita voidaan käyttää monenlaisissa sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkaa ja luotettavaa virtamittausta. Nämä vahvistimet tukevat yläpuolen ja alapuolen virtamittaussovelluksia ja voivat auttaa parantamaan sellaisten elektroniikkatuotteiden tehokkuutta, turvallisuutta ja luotettavuutta, jotka vaativat tarkkaa ja robustia virtavalvontaa, alhaista offset-jännitettä, alhaista ryömintää, korkeaa kaistanleveyttä ja korkeaa yhteismuotoista hylkäyssuhdetta.