適合空間受限型應(yīng)用的電流檢測(cè)放大器

作者：Pete Bartolik

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-05-16

沒(méi)有人想要體積大、效率低的電子產(chǎn)品。生產(chǎn)商希望設(shè)計(jì)人員能夠在不影響功能的前提下，在更小的空間內(nèi)安裝更高性能的元件。換句話(huà)說(shuō)，任務(wù)就是要想辦法克服挑戰(zhàn)，用更小的電子應(yīng)用空間實(shí)現(xiàn)更高的精度。而在其中，電流檢測(cè)放大器對(duì)于高效電源管理、設(shè)備安全運(yùn)行和進(jìn)行噪聲敏感的電機(jī)控制來(lái)說(shuō)可謂是至關(guān)重要。

電流檢測(cè)放大器廣泛運(yùn)用于電池管理、過(guò)流保護(hù)和故障檢測(cè)等應(yīng)用。通過(guò)測(cè)量和放大分流電阻器上的壓降，它們?cè)陔娐繁Ｗo(hù)中發(fā)揮著重要作用。

電流檢測(cè)放大器具有體積小、成本低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但也存在一些挑戰(zhàn)，如帶寬限制、電氣噪聲和干擾最小化以及高共模電壓響應(yīng)等。因此，選擇合適的電流檢測(cè)放大器對(duì)應(yīng)用的成功非常重要。

要確定選擇是否合適，首先要確定關(guān)鍵的應(yīng)用特征：

• 設(shè)備可承受的電流范圍和最大輸入電壓
• 環(huán)境條件以及與所需溫度范圍相匹配的可靠性能
• 放大器規(guī)格符合設(shè)計(jì)限制，包括封裝尺寸、帶寬、靜態(tài)電流和精度
• 根據(jù)對(duì)精度、隔離和易實(shí)現(xiàn)性的要求，選擇使用高壓側(cè)還是低壓側(cè)的電流檢測(cè)技術(shù)

[Analog Devices, Inc. (ADI)]提供了一套電流檢測(cè)放大器，專(zhuān)為在各種工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中執(zhí)行雙向電流測(cè)量的廣泛應(yīng)用而設(shè)計(jì)（通過(guò)了 AEC-Q100 認(rèn)證）。

[AD8410A] 和 [AD8411A] 既可用于交流測(cè)量，也可用于直流測(cè)量，工作溫度范圍廣，增益誤差小，工作電壓范圍寬，可滿(mǎn)足不同的系統(tǒng)要求。兩者都采用了封裝內(nèi)微調(diào)內(nèi)核，在整個(gè)工作溫度范圍和共模電壓范圍內(nèi)可提供 ±0.26 μV/°C 的典型失調(diào)漂移，無(wú)需斬波和自動(dòng)調(diào)零時(shí)鐘，而斬波和自動(dòng)調(diào)零時(shí)鐘會(huì)導(dǎo)致噪聲增加和其他負(fù)面影響。

AD8410A（圖 1）的初始增益為 20 V/V，帶寬為 2.2 MHz。

圖 1：ADI 的 AD8410A 電流檢測(cè)放大器。（圖片來(lái)源：Analog Devices, Inc.）

AD8411A（圖 2）的初始增益為 50 V/V，帶寬為 2.7 MHz，具有更大的靈活性和靈敏度。

圖 2：ADI 的 AD8411A 電流檢測(cè)放大器。（圖片來(lái)源：Analog Devices, Inc.）

AD8410A/11A 可同時(shí)用于高壓側(cè)和低壓側(cè)電流檢測(cè)應(yīng)用。它們適合各種應(yīng)用中的同相或高壓側(cè)電流檢測(cè)，如電機(jī)控制、雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、電磁閥控制和電源軌監(jiān)控。

它們還適用于無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的在線(xiàn)電流檢測(cè)，以測(cè)量流經(jīng)電機(jī)繞組的電流，這對(duì)精確控制和性能優(yōu)化至關(guān)重要。

這些高電壓、高帶寬電流檢測(cè)放大器專(zhuān)為精密電流測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)精密扭矩控制、使用更小的電機(jī)和電感器，并實(shí)現(xiàn)更智能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。它們采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，可以在共模電壓快速變化的情況下準(zhǔn)確放大小的差分電流分流電壓。

更高的帶寬可在直流電機(jī)、人工智能服務(wù)器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的高開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)更精確的電流檢測(cè)。這使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的精度更高，尤其是在使用較快的脈寬調(diào)制 (PWM) 開(kāi)關(guān)頻率和較高電壓的應(yīng)用中。

雖然較高的開(kāi)關(guān)頻率通常會(huì)導(dǎo)致電磁干擾 (EMI) 增大，但 AD8410A/11A 電流檢測(cè)放大器的設(shè)計(jì)功能可應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。它們?cè)?-2 V 至 +70 V 范圍內(nèi)具有 123 dB 的高共模抑制比 (CMRR)，有助于抑制噪聲和改善 EMI 性能，因此適合在 EMI 可能會(huì)影響精度的嘈雜電氣環(huán)境中使用的應(yīng)用。它們不易產(chǎn)生互調(diào)噪聲，并能最大限度地減少額外濾波器的使用。

AD8410A 和 AD8411A 具有相同的封裝選擇和功能，如過(guò)壓保護(hù)和啟用/禁用功能。這兩種器件均采用緊湊的 8 引線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)小外形封裝 [SOIC_N] 和 8 引線(xiàn)迷你小外形封裝 (MSOP) 封裝，帶有裸焊盤(pán)，可在 -40°C 至 +125°C 的工業(yè)溫度范圍內(nèi)通過(guò) 2.9 V 至 5.5 V 單電源工作。

對(duì)于需要精確電流測(cè)量和反饋的電機(jī)控制系統(tǒng)（如工業(yè)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人或電動(dòng)汽車(chē)），AD8410A/11A 可以處理來(lái)自電機(jī)電源的高共模電壓，并提供一個(gè)與分流電阻器上所通過(guò)電流成正比的線(xiàn)性輸出。當(dāng)需要更高的增益以實(shí)現(xiàn)更小的分流電阻或更低的電流范圍時(shí)，就可以使用 AD8411A。

AD8410A/11A 能夠測(cè)量與電池串聯(lián)的分流電阻器上的差分電壓，從而提供精確、快速的電流檢測(cè)，這對(duì)監(jiān)控電池單元或電池組充放電電流的電池管理系統(tǒng)大有裨益。當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)低電流水平或大容量電池而需要更高分辨率時(shí)，就可使用 AD8411A。

對(duì)于檢測(cè)過(guò)流或短路情況的電源監(jiān)控和保護(hù)電路，AD8410A/11A 可以檢測(cè)流經(jīng)負(fù)載或開(kāi)關(guān)的電流，并提供故障檢測(cè)或反饋控制信號(hào)。當(dāng)應(yīng)用需要更快的響應(yīng)時(shí)間或更高的靈敏度時(shí)，就可以使用 AD8411A。

ADI 電流檢測(cè)放大器評(píng)估板

設(shè)計(jì)人員可以利用 ADI 評(píng)估板，評(píng)估 AD8410 和 AD8411 電流檢測(cè)放大器在不同情況下的性能。

[AD8410AR-EVALZ] (SOIC)（圖 3）、[AD8410ARM-EVALZ]、[AD8411AR-EVALZ]) (SOIC) 和[AD8411ARM-EVALZ]板設(shè)計(jì)用于輕松配置不同的工作模式和負(fù)載。

圖 3：ADI 的 AD8410AR-EVALZ 評(píng)估板。（圖片來(lái)源：Analog Devices, Inc.）

利用這些電路板，設(shè)計(jì)人員可以在實(shí)際場(chǎng)景下探索 AD8410 和 AD8411 電流檢測(cè)放大器的特性和優(yōu)勢(shì)。最大標(biāo)準(zhǔn)尺寸為 2818 的分流器可焊接到電路板上，工作模式可選擇單向或雙向電流檢測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

ADI 的 AD8410 和 AD8411 電流檢測(cè)放大器是多功能、高性能器件，可用于各種需要進(jìn)行精確、可靠電流測(cè)量的應(yīng)用，同時(shí)支持高壓側(cè)和低壓側(cè)電流檢測(cè)。對(duì)于需要精確、穩(wěn)健的電流監(jiān)控、低失調(diào)電壓、低漂移、高帶寬和高共模抑制比的電子產(chǎn)器來(lái)說(shuō)，這些放大器有助于提高其效率、安全性和可靠性。

審核編輯 黃宇