電流檢測放大器怎么監(jiān)測衛(wèi)星的運行狀況

幾家商業(yè)衛(wèi)星公司的加入給航天領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響，徹底改變了這個曾受到政府大量資助的航天活動。有些公司認(rèn)為每年需要發(fā)射更多衛(wèi)星，從而開發(fā)在近地軌道、中軌道和地球同步赤道軌道運行的電信超級星座、強大的雷達網(wǎng)絡(luò)和增強型光學(xué)成像平臺。鑒于上述任務(wù)，設(shè)計人員在衛(wèi)星設(shè)計中從使用運算放大器或晶體管等簡單的分立式元件改用更多集成度更高的電路，以便節(jié)省設(shè)計、組裝和測試時間。

電流檢測放大器(CSA)非常適合整個衛(wèi)星電子系統(tǒng)中的各種應(yīng)用。在本文中，我將論述CSA如何通過實現(xiàn)電源軌電流監(jiān)測、負(fù)載點檢測和電機驅(qū)動控制等功能，來監(jiān)測衛(wèi)星配電系統(tǒng)和電機的運行狀況和功能。

衛(wèi)星電流監(jiān)測

CSA在衛(wèi)星中的一個常見用途是通過監(jiān)測主電源軌輸入電流來檢測單粒子變。由于CSA可檢測高于其輸入引腳電源電壓的施加電壓，因此與傳統(tǒng)的運算放大器或其他分立式解決方案（其共模輸入引腳電壓受放大器電源電壓的限制）相比，CSA可提供更大的設(shè)計靈活性。

CSA支持高側(cè)和低側(cè)檢測設(shè)計；您可以將系統(tǒng)配置為在負(fù)載前/后連接一個分流電阻器，并且可以監(jiān)測預(yù)期提供的負(fù)載電流中是否存在異常情況（例如過流事件）。表1匯總了高側(cè)和低側(cè)檢測方案的利弊權(quán)衡。

表1：高側(cè)與低側(cè)檢測

我們的QML V類航天級CSA INA901-SP支持高側(cè)和低側(cè)檢測，輸入電壓范圍為–15V至65V，低劑量率下的耐輻射加固保障(RHA)規(guī)格為50krad(Si)，單粒子鎖定(SEL)抗擾度規(guī)格高達LET_EFF=75MeV-cm²/mg SEL。INA901-SP有助于更大限度減少監(jiān)測電源軌運行狀況和保護衛(wèi)星系統(tǒng)免受過流事件影響所需的器件數(shù)量。

負(fù)載點檢測

使用CSA進行負(fù)載點檢測，有助于收集有關(guān)重要系統(tǒng)元件的數(shù)據(jù)，從而確定特定系統(tǒng)負(fù)載的運行狀況或功耗。利用CSA檢測的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以做出數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策，例如自校準(zhǔn)或?qū)ω?fù)載元件進行節(jié)流，以確保在正常運行條件以外的穩(wěn)定運行。憑借其精度、高電壓范圍和獨立于電源電壓的共模范圍特性，CSA可以更輕松地監(jiān)測任務(wù)關(guān)鍵型元件并幫助確保任務(wù)成功完成。

電機驅(qū)動應(yīng)用

在電機驅(qū)動應(yīng)用中，電機驅(qū)動器電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號來精確控制電機的運行。這些調(diào)制信號由位于電機各相位的監(jiān)測電路進行監(jiān)測，以便為控制電路提供反饋信息。與理論上的放大器相比，實際情景下的放大器并不理想，因此輸出可能會因放大器無法充分抑制共模電壓的PWM驅(qū)動輸入電壓大幅階躍而受到影響。實際放大器沒有無限的共模抑制能力，并且放大器輸出端會出現(xiàn)與每個輸入電壓階躍相對應(yīng)的異常波動。圖1顯示了競爭器件的輸出，而圖2顯示了INA240-SEP的輸出。

圖1：競爭器件輸出與PWM輸入之間的關(guān)系

圖2：INA240-SEP輸出與PWM輸入之間的關(guān)系

上述輸出波動可能相當(dāng)大，并且根據(jù)放大器的特性，這些波動在輸入轉(zhuǎn)換之后可能需要很長時間才能穩(wěn)定下來。利用INA240-SEP中的增強型PWM抑制技術(shù)，可為使用PWM信號的系統(tǒng)中的大共模瞬變(ΔV/Δt)提供高水平抑制，這在電機驅(qū)動和電磁閥應(yīng)用中尤其有用。利用該功能可實現(xiàn)精確的電流測量，同時降低輸出電壓上的瞬變和相關(guān)恢復(fù)紋波。

INA240-SEP是一種采用增強型航天塑料封裝的超精密器件，能夠提供–4V至80V的共模電壓，增益誤差為0.2%，增益漂移為2.5ppm/°C，失調(diào)電壓為±25μV。該器件屬于TI的“耐輻射產(chǎn)品系列”（航天EP），該系列的RHA高達30krad(Si)，SEL抗擾度在125°C下高達43MeV-cm²/mg，適用于近地軌道應(yīng)用。

結(jié)語

電流檢測可以為系統(tǒng)帶來許多好處，包括優(yōu)化性能、提高可靠性和狀態(tài)監(jiān)測（用于保護系統(tǒng)的重要元件）。由于航天級CSA支持進行直接測量并提供高度精確的結(jié)果，因此可幫助系統(tǒng)在極其惡劣的環(huán)境中正常運行多年。

審核編輯 黃昊宇