Strømfølerforsterkere for plassbegrensede utrustninger

Ingen vil ha svære elektronikkprodukter med lavere virkningsgrad. Produsenter vil at konstruktører skal finne ut hvordan man får plass til komponenter med høy ytelse på mindre plass, uten at det går på bekostning av funksjonaliteten. Jobben består med andre ord av å finne ut hvordan man kan få bukt med utfordringene forbundet med å levere plassbegrensede elektroniske utrustninger med høyere presisjon. For å oppnå dette, er strømfølsomme forsterkere avgjørende for effektiv strømstyring, sikker drift og støyfølsom motorstyring.

Strømfølerforsterkere brukes mye i utrustninger for batteristyring, overstrømsbeskyttelse og feildeteksjon. De spiller en viktig rolle i å beskytte kretsen ved å måle og forsterke spenningsfallet over en shuntmotstand.

Strømfølsomme forsterkere er verdsatt for deres lille størrelse og lave pris, og de er relativt enkle å implementere, men det er utfordringer knyttet til båndbreddebegrensninger, minimering av elektrisk støy og interferens og høy common-mode-spenningsrespons. Derfor er det viktig å velge den riktige strømfølerforsterkeren, slik at utrustningen fungerer som den skal.

Fastsettelse av egnethet starter med å identifisere viktige egenskaper for utrustningen:

• Det akseptable strømområdet og den maksimale inngangsspenningen som kan tolereres av enheten
• Miljømessige tilstander og samsvaring av pålitelig ytelse til det ønskede temperaturområdet
• Forsterkerspesifikasjoner som oppfyller konstruksjonsbegrensninger, inkludert kapslingsstørrelse, båndbredde, hvilestrøm og nøyaktighet
• Om strømføling på høysiden eller lavsiden skal brukes, basert på kravene til nøyaktighet, isolasjon og enkel implementering

Analog Devices, Inc. (ADI) tilbyr et sett med strømfølsomme forsterkere utviklet for et bredt utvalg av utrustninger som utfører toveis strømmålinger i diverse industrielle og kjøretøyrelaterte utrustninger (AEC-Q100-kvalifisert).

AD8410A og AD8411A brukes for både AC- og DC-målinger, de er konstruert for å fungere over et bredt temperaturområde med minimale forsterkningsfeil og de har et bredt driftsmessig forsyningsspenningsområde for å imøtekomme ulike systemkrav. Begge bruker en integrert trimkjerne (in-package trim core) som gir en typisk forskyvning på ±0,26 µV/°C gjennom driftstemperaturområdet og common-mode-spenningsområdet, uten at det er behov for pulsforsterkning (chopping) og klokker med automatisk nullstilling, noe som kan føre til økt støy og andre negative virkninger.

AD8410A (figur 1) har en innledende forsterkning på 20 V/V og en båndbredde på 2,2 MHz.

Figur 1: ADIs AD8410A-strømfølerforsterker. (Bildekilde: Analog Devices, Inc.)

AD8411A (figur 2) tilbyr en innledende forsterkning på 50 V/V og en båndbredde på 2,7 MHz, noe som gir høyere fleksibilitet og følsomhet.

Figur 2: ADIs AD8411A-strømfølerforsterker. (Bildekilde: Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A kan brukes for strømfølende utrustninger på høysiden og lavsiden. De er egnet for strømføling i ulike utrustninger som er i fase eller på høysiden, for eksempel motorstyring, toveis DC–DC-omformere, solenoidstyringer og strømskinneovervåking.

De kan også brukes for in-line-strømføling i børsteløse likestrømsmotorer (BLDC – brushless DC) for å måle strømmen som flyter gjennom motorviklingene, noe som er avgjørende for nøyaktig styring og ytelsesoptimalisering.

Høyspente strømfølerforsterkere med høy båndbredde er konstruert for utrustninger for presisjonsmåling av strøm, noe som muliggjør presisjonsstyring av dreiemoment, bruk av mindre motorer og induktorer og smartere motordrevne utrustninger. Ved å bruke en unik arkitektur, kan de nøyaktig forsterke små differensialstrømshuntspenninger i nærvær av raskt skiftende common-mode-spenninger.

Høyere båndbredde gir mer nøyaktig strømføling ved høye vekslingsfrekvenser i DC-motorer, AI-servere og DC–DC-omformere. Dette resulterer i høyere nøyaktighet i en A–D-omformer (ADC – analog-to-digital converter), spesielt i utrustninger med raskere PWM-vekslingsfrekvenser (PWM – pulse width modulation – pulsbreddemodulasjon) og høye spenninger.

Selv om høyere vekslingsfrekvenser ofte kan resultere i økt elektromagnetisk interferens (EMI), er AD8410A/11A-strømfølerforsterkere utviklet med funksjoner som kan håndtere denne utfordringen. De har et høyt CMRR-forhold (CMMR – common-mode rejection ratio) på 123 dB fra −2 V til +70 V for å bidra til å avvise støy og forbedre EMI-ytelsen, noe som gjør dem egnet for utrustninger i støyende elektriske miljøer der EMI kan påvirke nøyaktigheten. De er mindre utsatt for intermodulasjonsstøy og minimerer bruken av ytterligere filtre.

AD8410A og AD8411A deler de samme kapslingsalternativene og funksjonene, slik som overspenningsvern og en aktivering/deaktivering-funksjon. De er konstruert for å fungere fra en enkelt strømforsyning på 2,9 V til 5,5 V innenfor et industrielt temperaturområde på –40 °C til +125 °C, og de er tilgjengelige i kompakte 8-leders SOIC-N-kapslinger og 8-leders MSOP-kapslinger (MSOP – Mini Small Outline Package) med en eksponert kontaktflate som gir forbedret termisk ytelse.

For motorstyringssystemer som krever nøyaktig strømmåling og feedback – for eksempel industrielle drivenheter, robotteknikk eller elektriske kjøretøy – kan AD8410A/11A håndtere høye common-mode-spenninger fra motorforsyningen og gi en lineær utgang som er proporsjonal med strømmen gjennom shuntmotstanden. AD8411A kan brukes når høyere forsterkning er nødvendig for mindre shuntmotstander eller lavere strømområder.

Batteristyringssystemer som overvåker lade- og utladningsstrømmene til battericeller eller -pakker, kan dra nytte av AD8410A/11A sine evner til å måle differensialspenningen over en shuntmotstand i serie med batteriet for å gi nøyaktig og rask strømføling. AD8411A kan brukes når høyere oppløsning er nødvendig for lave strømnivåer eller batterier med høy kapasitet.

For strømforsyningsovervåking og beskyttelseskretser som registrerer overstrøms- eller kortslutningstilstander, kan AD8410A/11A registrere strømmen som flyter gjennom en last eller en bryter og levere et signal for feildeteksjon eller feedbackstyring. AD8411A kan brukes når raskere responstid eller høyere følsomhet er nødvendig for utrustningen.

Evalueringskort for strømfølerforsterkere fra ADI

Konstruktører kan dra nytte av ADI-evalueringskort, som gjør det mulig for konstruktører å evaluere ytelsen til AD8410- og AD8411-strømfølerforsterkerne i diverse scenarier.

Kortene AD8410AR-EVALZ (SOIC) (figur 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) og AD8411ARM-EVALZ (MSOP) er konstruert for enkel konfigurasjon av ulike driftsmoduser og belastninger.

Figur 3: AD8410AR-EVALZ-evalueringskortet fra ADI. (Bildekilde: Analog Devices, Inc.)

Med disse kortene kan konstruktører utforske funksjonene og fordelene til AD8410- og AD8411-strømfølerforsterkerne i en praktisk setting. En shunt med en maksimal standardstørrelse på 2818 kan loddes til kortene, og driftsmodusen kan velges for enten enveis eller toveis strømføling.

Konklusjon

ADIs AD8410- og AD8411-strømfølerforsterkere er allsidige enheter med høy ytelse som kan brukes for et bredt utvalg av utrustninger som krever nøyaktig og pålitelig strømmåling. Disse forsterkerne støtter strømfølende utrustninger på høysiden og lavsiden, og de kan bidra til å forbedre virkningsgraden, sikkerheten og påliteligheten til elektroniske produkter som krever presis og robust strømovervåking, lav offsetspenning, lav vandring, høy båndbredde og høyt common-mode-avvisningsforhold.