Áramérzékelő erősítők helyszűkös alkalmazási esetekhez

Az ormótlan és nem hatékony elektronikai termékeknek ma már szinte semmi keletje sincs. A gyártók azt kérik a tervezőktől, hogy nagy teljesítményű alkatrészeket sűrítsenek össze minél kisebb helyeken a funkcionalitás sérülése nélkül. Más szóval, a feladat az, hogy ki kell találni, hogyan lehet rendkívül helytakarékos elektronikai áramköröket alkotni egyre nagyobb pontossággal. E tekintetben az áramérzékelő erősítőknek kritikus fontossága van a hatékony áramszabályozás, a biztonságos működés és a zajérzékeny motorvezérlés szempontjából.

Az áramérzékelő erősítőket széleskörűen használják akkumulátor-kezelő, túláramvédelmi, hibaérzékelő és más áramkörökben. Egy söntellenálláson eső feszültség mérésével és a kapott jel felerősítésével kulcsfontosságú szerepet játszanak az áramkörök védelmében.

A kis méreteik és alacsony költségük miatt igen nagyra értékelt áramérzékelő erősítők viszonylag egyszerűen megépíthetők, de használatuk nem mentes a problémáktól, melyekkel foglalkozni kell. Ezek például a sávszélességbeli korlátok, az elektromos zajra és interferenciára való érzékenység minimalizálása, valamint a közös módusú feszültségre való igen nagy érzékenység. A sikeres működéshez tehát fontos megfelelő áramérzékelő erősítőt választani.

Annak megállapításakor, hogy egy erősítő megfelelő lesz-e egy adott alkalmazási esetre, a következő legfontosabb tényezőkre szükséges odafigyelni:

• Az eszköz névleges áramtartománya és a maximális bemeneti feszültség
• A külső környezeti feltételek és a megbízható működés a szükséges hőmérséklet-tartományban
• Megfelelés a tervezési megkötéseknek, például tokméret, sávszélesség, nyugalmi áram és pontosság
• A pontosságra, a galvanikus elválasztásra és a könnyű megvalósíthatóságra vonatkozó követelmények alapján a pozitív (high-side) vagy negatív oldali kapcsolású (low-side) áramérzékelés használata

Az Analog Devices, Inc. (ADI) kínálata egész sor áramérzékelő erősítőt tartalmaz, melyek igen széleskörűen alkalmazhatók a kétirányú árammérést végző különböző ipari és autóipari (AEC-Q100 minősítésű) áramkörökben.

Az AD8410A és az AD8411A IC-k váltakozó áramú és egyenáramú mérésekhez egyaránt alkalmasak, minimális erősítési hibával működnek, és széles tápfeszültség- és hőmérséklet-tartományban használhatók a különböző rendszerkövetelményeknek megfelelően. Mindkettő beépített digitális finomhangoló maggal rendelkezik (DigiTrim™), ami a teljes üzemi hőmérséklettartományban és a közös módusú feszültségtartományban ±0,26 µV/°C tipikus offset driftet biztosít, a megnövekedett zajt és egyéb negatív hatásokat eredményezhető szaggatás (chopping) és automatikus nullázás szükségessége nélkül.

Az AD8410A (1. ábra) kezdeti erősítése 20 V/V, sávszélessége 2,2 MHz.

1. ábra: Az ADI AD8410A áramérzékelő erősítője (kép: Analog Devices, Inc.)

Az AD8411A (2. ábra) 50 V/V kezdeti erősítést és 2,7 MHz sávszélességet kínál, ami nagyobb rugalmasságot és érzékenységet biztosít.

2. ábra: Az ADI AD8411A áramérzékelő erősítője (kép: Analog Devices, Inc.)

Az AD8410A és AD8411A IC-k pozitív oldali (high-side) és negatív oldali kapcsolású (low-side) árammérő áramkörökhöz egyaránt használhatók. Mindkettő alkalmas fázison belüli vagy high-side árammérésre a különböző előfordulási esetekben, például motorvezérlő, kétirányú egyenáram-átalakító, mágnesszelep-vezérlő és tápsín-felügyeleti áramkörökben.

Alkalmazhatók továbbá kefe nélküli egyenáramú (BLDC) motorok vezérlésekor a motor tekercseiben folyó áram mérésére, ami elengedhetetlen a pontos vezérléshez és a teljesítmény optimalizálásához.

A nagyfeszültségű, nagy sávszélességű áramérzékelő erősítőket precíziós árammérésre tervezték, így pontos nyomatékszabályozást, kisebb motorok és induktivitások használatát, valamint intelligensebb motorhajtások megépítését teszik lehetővé. Egyedülálló architektúrájukat kihasználva képesek kis differenciális áramú söntfeszültségek pontos felerősítésére gyorsan változó közös módusú feszültségek jelenlétében.

A nagyobb sávszélesség pontosabb áramérzékelést tesz lehetővé egyenáramú motorok nagy kapcsolási frekvenciákon történő vezérlésekor, MI szerverekben és egyenáram-átalakítókban. Analóg-digitális átalakítók (ADC-k) esetén nagyobb pontosság érhető el, különösen a nagy kapcsolási frekvenciájú impulzusszélesség-modulált jelekkel (PWM) vezérelt és nagy feszültségű áramkörökben.

Bár a magasabb kapcsolási frekvenciák gyakran megnövekedett elektromágneses zajkibocsátással járnak, az AD8410A/11A áramérzékelő erősítők tervezetten olyan funkciókkal rendelkeznek, amelyek kezelik ezt a problémát. Magas, 123 dB-es közös módusú jelelnyomás-tényezővel (CMRR) rendelkeznek -2 V és +70 V között, ami segít a zaj elnyomásában, javítva az elektromágneses zajkibocsátási mutatókon, így alkalmasak olyan zajos elektromos környezetben történő használatra, ahol az elektromágneses interferencia befolyásolhatja a pontosságot. Kevésbé hajlamosak az intermodulációs zajra, és minimálisra csökkentik a további szűrők használatának szükségességét.

Az AD8410A és az AD8411A esetén is azonos tokozási lehetőségek és funkciók választhatók: például a túlfeszültség elleni védelem és a bekapcsolás/kikapcsolás funkció. Úgy tervezték őket, hogy 2,9 V és 5,5 V közötti aszimmetrikus tápfeszültségről működjenek az ipari környezetre érvényes -40 °C és +125 °C közötti hőmérséklet-tartományban, és kompakt, 8 kivezetéses Standard Small Outline Package (SOIC_N) tokozásban valamint 8 kivezetéses Mini Small Outline Package (MSOP) tokozásban kaphatók, a jobb hőelvezetés biztosításához fedetlen kontaktussal.

A precíz árammérést és visszacsatolást igénylő motorvezérlő rendszerek – például ipari hajtások, robotok vagy elektromos járművek – esetében az AD8410A/11A képes kezelni a motor tápellátása által generált magas közös módusú feszültségeket, és a söntellenálláson átfolyó árammal arányos lineáris kimenetet biztosítani. Az AD8411A akkor használandó, ha kisebb söntellenállások vagy áramtartományok esetén nagyobb erősítésre van szükség.

Az akkumulátorcellák vagy akkucsomagok töltési és kisütési áramát figyelő akkumulátor-kezelő rendszerekben az AD8410A/11A azon képessége hasznosítható, hogy az akkumulátorral sorba kapcsolt söntellenálláson méri a feszültségkülönbséget, így pontos és gyors áramérzékelést biztosít. Az AD8411A akkor használható, ha nagyobb felbontásra van szükség alacsony áramszintek vagy nagy kapacitású akkumulátorok esetén.

A túláramot vagy rövidzárlatot érzékelő tápegység-felügyeleti és védelmi áramkörökhöz az AD8410A/11A képes érzékelni a terhelésen vagy kapcsolón átfolyó áramot, és jelet szolgáltatni a hiba észleléséhez vagy a visszacsatolásos vezérléshez. Az AD8411A akkor használható, ha az adott alkalmazási esetben gyorsabb válaszidőre vagy nagyobb érzékenységre van szükség.

Fejlesztői kártyák az ADI áramérzékelő erősítőihez

A tervezők számára adott a lehetőség, hogy kihasználják az ADI fejlesztői kártyáinak elérhetőségét, amelyek lehetővé teszik az AD8410 és az AD8411 működésének kiértékelését a különböző forgatókönyvekben.

Az AD8410AR-EVALZ (SOIC) (3. ábra), az AD8410ARM-EVALZ (MSOP), az AD8411AR-EVALZ (SOIC) és az AD8411ARM-EVALZ (MSOP) kártyák különböző üzemmódokba konfigurálhatók egyszerűen, különböző terhelésekkel.

3. ábra: Az ADI AD8410AR-EVALZ fejlesztői kártyája (kép: Analog Devices, Inc.)

Ezekkel a kártyákkal a tervezők gyakorlati környezetben ismerhetik ki az AD8410 és AD8411 áramérzékelő erősítők jellemzőit és előnyeit. A kártyákra legfeljebb 2818-as méretű sönt forrasztható, és egyirányú vagy kétirányú áramérzékelési működési üzemmód választható.

Összegzés

Az ADI AD8410 és AD8411 áramérzékelő erősítők sokoldalú és nagy teljesítményű eszközök, amelyek a pontos és megbízható árammérést igénylő áramkörök széles skáláján használhatók. A pozitív és negatív oldali kapcsolású árammérést egyaránt támogatják, és segíthetnek a pontos és megbízható áramfelügyeletet, alacsony offsetfeszültséget, alacsony driftet, nagy sávszélességet és magas közös módusú jelelnyomási tényezőt igénylő elektronikus termékek hatékonyságának, biztonságának és megbízhatóságának javításában.