電流檢測(cè)放大器INA240介紹

畢設(shè)里面用到了一塊INA240，用來(lái)檢測(cè)電機(jī)的相電流：

原理圖在此

這東西其實(shí)就是為電機(jī)相電流檢測(cè)使用的，就是一塊要10+

功能的方塊圖

兩種封裝，我用前面的這種

芯片使用起來(lái)就很簡(jiǎn)單了，就是看你要接到高測(cè)或者低測(cè)

測(cè)量電流的最簡(jiǎn)單方法是使用分流電阻器（最左側(cè)），電阻器上產(chǎn)生的電壓與流經(jīng)它的電流成正例。為了使用完整的 ADC 測(cè)量范圍，模擬前端 (AFE) 會(huì)放大分流電阻器兩端的低電壓。

低壓側(cè)電流測(cè)量 低壓側(cè)電流測(cè)量將分流電阻器放置在有源負(fù)載和接地之間。用于低壓側(cè)電流測(cè)量的最合適電路如圖所示。該電路使用 Texas Instruments INA181 電流檢測(cè)放大器，但許多其他放大器也可用于低壓側(cè)測(cè)量。

使用 Texas Instruments INA181 的低壓側(cè)電流測(cè)量電路將電流檢測(cè)電阻器放置在有源負(fù)載和接地之間。 低壓側(cè)電流測(cè)量很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榉至麟娮杵鲀啥说臋z測(cè)電壓以接地為參考。

此配置允許電流檢測(cè)放大器為低壓部分，因?yàn)楸粰z測(cè)的電壓為僅高于接地參考的毫伏量級(jí)。在此配置中，檢測(cè)電壓不會(huì)在更高的電壓上工作，因此不需要共模抑制。低壓側(cè)測(cè)量法是最簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本最低的方法。

低壓側(cè)電流測(cè)量的缺點(diǎn)在于，由于分流電阻器的放置，負(fù)載不再以接地為參考，導(dǎo)致負(fù)載的低壓側(cè)高于接地電壓幾毫伏。

如果負(fù)載和接地之間存在短路，則無(wú)接地參考可能成為一個(gè)問(wèn)題。例如，如果金屬封閉負(fù)載（例如電動(dòng)機(jī)）的接地參考外殼存在繞組短路，則會(huì)發(fā)生此類短路。電流檢測(cè)電阻器可能無(wú)法檢測(cè)到此類短路。

此外，放大器的共模輸入電壓必須包括接地以進(jìn)行低壓側(cè)測(cè)量。對(duì)于采用正負(fù)電源供電的放大器來(lái)說(shuō)，這通常不是問(wèn)題，但對(duì)于采用單電源供電的放大器來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)問(wèn)題。

因此，當(dāng)選擇合適的放大器進(jìn)行低壓側(cè)測(cè)量時(shí)，包含接地的共模電壓范圍就成為一項(xiàng)重要的標(biāo)準(zhǔn)。 進(jìn)行低壓側(cè)電流測(cè)量還有一個(gè)重要方面。

請(qǐng)注意，上面圖 2 中的 Texas Instruments ADS114 ADC 直接接地，該 ADC 的低壓側(cè)輸入節(jié)點(diǎn)靠近 INA181 電流檢測(cè)放大器的輸入接地參考連接。

對(duì)于使用低阻分流電阻器上產(chǎn)生的小電壓（通過(guò)的是高負(fù)載電流）進(jìn)行的電流檢測(cè)，務(wù)必記住所有接地可能不并處于相同的電勢(shì)。當(dāng)?shù)孛?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)或接地平面承載與許多電源應(yīng)用關(guān)聯(lián)的高電流時(shí)，系統(tǒng)中的一個(gè)接地點(diǎn)和另一個(gè)接地點(diǎn)之間很容易發(fā)生毫伏級(jí)別的電勢(shì)差。

作為預(yù)防措施，必須將相關(guān)接地參考接線保持在彼此非常接近的位置，以最大限度地減小接地參考之間的電壓差。 要消除此誤差源，ADC 的接地參考引腳必須靠近電流檢測(cè)電阻器的低壓側(cè)和電流檢測(cè)放大器的低壓側(cè)輸入端。連接點(diǎn)是接地平面的重要部分，絕不能圖方便。為確保無(wú)誤，直接在原理圖上記下此要求，并顯示接地參考的星形連接，以確保真正強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。

同樣，當(dāng)電流檢測(cè)電阻器兩端的電壓很小時(shí)，電流檢測(cè)放大器的輸入補(bǔ)償電壓會(huì)不成比例地影響放大精度。因此，最好選擇輸入補(bǔ)償電壓非常低的放大器。以上圖 2 所示的 INA181 放大器的輸入補(bǔ)償電壓為 ±150 微伏，適用于無(wú)共模電壓的低壓側(cè)測(cè)量配置。

盡管有幾個(gè)缺點(diǎn)，但如果負(fù)載不需要參考接地，并且負(fù)載和接地之間的內(nèi)部短路不是問(wèn)題，也不需要通過(guò)電流測(cè)量電路進(jìn)行檢測(cè)，那么低壓側(cè)電流測(cè)量配置就是一個(gè)很好的選擇。

但是，對(duì)于必須滿足功能安全要求的設(shè)計(jì)，高壓側(cè)電流測(cè)量技術(shù)更適合。 高壓側(cè)電流測(cè)量 高壓側(cè)電流測(cè)量將分流電阻器插入電源和有源負(fù)載之間，如圖所示，使用 Texas Instruments INA240 電流檢測(cè)放大器作為 AFE。該器件的共模輸入電壓可以遠(yuǎn)超其供電電壓，使其成為高壓側(cè)電流測(cè)量的理想選擇。

高壓側(cè)電流測(cè)量電路將電流檢測(cè)電阻器放置在電源和有源負(fù)載之間。（圖片來(lái)源：Texas Instruments） 與低壓側(cè)測(cè)量相比，高壓側(cè)電流測(cè)量具有兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

首先，很容易檢測(cè)負(fù)載內(nèi)部對(duì)接地產(chǎn)生的短路，因?yàn)楫a(chǎn)生的短路電流將流過(guò)分流電阻器，在其兩端產(chǎn)生電壓。

其次，這種測(cè)量技術(shù)不參考接地，因此流過(guò)接地平面的高電流產(chǎn)生的差分接地電壓不會(huì)影響測(cè)量。

但是，將 ADC 的接地參考連接小心地放置在放大器接地附近仍然是一種好的做法。 高壓側(cè)電流測(cè)量技術(shù)有一個(gè)主要缺點(diǎn)。如上所述，它要求電流檢測(cè)放大器具有高共模抑制，因?yàn)樵诜至髌鲀啥水a(chǎn)生的小電壓恰好低于負(fù)載供電電壓。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該共模電壓可能非常大。圖中的 INA240 電流檢測(cè)放大器具有 -4 至 80 伏的寬共模范圍。

也就是文中說(shuō)的INA240

這個(gè)是一個(gè)輸入和輸出的一些參數(shù)

INA240 旨在處理寬電壓范圍內(nèi)的大共模瞬變。來(lái)自針對(duì)線性和 PWM 應(yīng)用的電流測(cè)量應(yīng)用的輸入信號(hào)可以連接到放大器，提供高度準(zhǔn)確的輸出，并具有更小的共模瞬態(tài)偽影。

我這里可能是理解的不到位，就是說(shuō)這個(gè)芯片不是單純的測(cè)量一個(gè)電流那么簡(jiǎn)單，而是說(shuō)測(cè)量PWM上面的電流，就是控制電機(jī)的一極上面的電流。

其實(shí)是對(duì)的，就是這樣

INA240 通過(guò)測(cè)量?jī)啥水a(chǎn)生的差分電壓來(lái)確定電流幅度。該電阻器被稱為電流感測(cè)電阻器或分流電阻器。該器件設(shè)計(jì)靈活，允許測(cè)量該電流感測(cè)電阻器兩端的寬輸入信號(hào)范圍。電流感測(cè)電阻器的理想選擇僅基于要測(cè)量的滿量程電流，即器件之后的電路的滿量程輸入范圍，以及所選的器件增益。最小電流感測(cè)電阻器是基于設(shè)計(jì)的決定，目的是最大化信號(hào)鏈電路的輸入范圍。未最大化到系統(tǒng)電路的整個(gè)輸入范圍的滿量程輸出信號(hào)限制了系統(tǒng)進(jìn)行全動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)控制的能力。

最終確定電流感測(cè)電阻值時(shí)要考慮的兩個(gè)重要因素是：所需的電流測(cè)量精度和電阻上的最大功率耗散。較大的電阻器電壓可提供更準(zhǔn)確的測(cè)量，但會(huì)增加電阻器的功耗。增加的功耗會(huì)產(chǎn)生熱量，考慮到溫度系數(shù)，這會(huì)降低感測(cè)電阻器的精度。當(dāng)輸入信號(hào)變大時(shí)，電壓信號(hào)測(cè)量的不確定性會(huì)降低，因?yàn)槿魏喂潭ㄕ`差在測(cè)量信號(hào)中所占的百分比都會(huì)變小。提高測(cè)量精度的設(shè)計(jì)權(quán)衡增大了電流感測(cè)電阻值。增大的電阻值會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的功率耗散增加，這會(huì)進(jìn)一步降低整個(gè)系統(tǒng)的精度?；谶@些關(guān)系，測(cè)量精度與電阻值和分流選擇所導(dǎo)致的功率耗散成反比。

通過(guò)增加分流電阻，電阻兩端的差分電壓增加。較大的輸入差分電壓需要較小的放大器增益來(lái)實(shí)現(xiàn)滿量程放大器輸出電壓。需要較小的分流電阻器，但又需要較大的放大器增益設(shè)置。較大的增益設(shè)置通常會(huì)增加誤差和噪聲參數(shù)，這對(duì)精密設(shè)計(jì)而言沒(méi)有吸引力。

一直以來(lái)，高性能測(cè)量的設(shè)計(jì)目標(biāo)迫使設(shè)計(jì)人員選擇更大的電流感測(cè)電阻器和更低的增益放大器設(shè)置。INA240 提供 100V/V 和 200V/V 增益選項(xiàng)，可提供高增益設(shè)置并在偏移值低于 25μV的情況下保持高性能水平。這些器件允許使用較低的分流電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)較低的功率耗散，同時(shí)仍能滿足高系統(tǒng)性能規(guī)范。

使用這個(gè)

直接接一起就行

最后是最近搭建的一個(gè)螺線管驅(qū)動(dòng)電流感測(cè)

電磁表頭測(cè)量還是好看。

審核編輯：劉清