Stroomdetectieversterkers voor toepassingen met beperkte ruimte

Niemand wil omvangrijkere, minder efficiënte elektronische producten. Producenten willen dat ontwerpers uitvinden hoe ze krachtige componenten in kleinere voetafdrukken kunnen passen zonder afbreuk te doen aan de functionaliteit. De opdracht is met andere woorden om uit te vinden hoe de uitdagingen van het leveren van elektronische toepassingen met beperkte ruimte met een hogere nauwkeurigheid kunnen worden omzeild. Stroomdetectieversterkers zijn daarom essentieel voor efficiënt energiebeheer, veilige werking en ruisgevoelige motorbesturing.

Stroomdetectieversterkers worden veel gebruikt in toepassingen zoals batterijbeheer, overstroombeveiliging en foutdetectie. Door de spanningsval over een shuntweerstand te meten en te versterken, spelen ze een essentiële rol in circuitbeveiliging.

Gewaardeerd om hun kleine formaat en lage kosten, zijn stroomdetectieversterkers relatief eenvoudig te implementeren, maar er zijn uitdagingen zoals bandbreedtebeperkingen, het minimaliseren van elektrische ruis en interferentie, en een hoge common-mode spanningsrespons. Het kiezen van de juiste stroomdetectieversterker is dus belangrijk voor het succes van de toepassing.

Het bepalen van de juiste pasvorm begint met het identificeren van de belangrijkste toepassingskenmerken:

• Het aanvaardbare stroombereik en de maximale ingangsspanning die door het apparaat kan worden getolereerd
• Omgevingsomstandigheden en het afstemmen van betrouwbare prestaties op het gewenste temperatuurbereik
• Versterkerspecificaties die voldoen aan ontwerpbeperkingen, waaronder pakketgrootte, bandbreedte, ruststroom en nauwkeurigheid
• Gebruik van hoog- of laagzijdige stroomdetectie op basis van de vereisten voor nauwkeurigheid, isolatie en implementatiegemak

Analog Devices, Inc. (ADI) levert een reeks stroomdetectieversterkers die ontworpen zijn voor een groot aantal toepassingen die bidirectionele stroommetingen uitvoeren in verschillende industriële en automobieltoepassingen (AEC-Q100 gekwalificeerd).

De AD8410A en de AD8411A kunnen worden gebruikt voor zowel AC- als DC-metingen, zijn gebouwd om te werken over een breed temperatuurbereik met minimale versterkingsfouten, en hebben een breed voedingsspanningsbereik om te voldoen aan verschillende systeemvereisten. Beide maken gebruik van een in-package trimkern die een typische offsetdrift biedt van ±0,26 µV/°C over het bedrijfstemperatuurbereik en het common-mode spanningsbereik, zonder de noodzaak voor chopping en auto-zero klokken die kunnen resulteren in meer ruis en andere negatieve effecten.

De AD8410A (Afbeelding 1) heeft een beginversterking van 20 V/V en een bandbreedte van 2,2 MHz.

Afbeelding 1: AD8410A-stroomdetectieversterkers van ADI. (Bron afbeelding: Analog Devices, Inc.)

De AD8411A (afbeelding 2) biedt een initiële versterking van 50 V/V en een bandbreedte van 2,7 MHz, wat meer flexibiliteit en gevoeligheid oplevert.

Afbeelding 2: AD8411A-stroomdetectieversterkers van ADI. (Bron afbeelding: Analog Devices, Inc.)

De AD8410A/11A kan worden gebruikt voor zowel high-side als low-side stroomdetectietoepassingen. Ze zijn geschikt voor in-fase of high-side stroomdetectie in diverse toepassingen zoals motorbesturing, bidirectionele DC/DC-convertors, elektromagnetische regelingen en voedingsrailbewaking.

Ze zijn ook toepasbaar voor inline stroomdetectie in borstelloze DC (BLDC) motoraandrijvingen om de stroom door de motorwikkelingen te meten, wat cruciaal is voor nauwkeurige regeling en prestatieoptimalisatie.

De hoogspanningsversterkers met hoge bandbreedte en stroomdetectie zijn ontworpen voor nauwkeurige stroommetingstoepassingen, waardoor nauwkeurige koppelregeling, het gebruik van kleinere motors en inductors en slimmere motoraangedreven toepassingen mogelijk zijn. Door gebruik te maken van een unieke architectuur kunnen ze nauwkeurig kleine differentiële stroom-shuntspanningen versterken in aanwezigheid van snel veranderende common-mode spanningen.

Een hogere bandbreedte maakt nauwkeurigere stroomdetectie mogelijk bij hoge schakelfrequenties in DC-motors, AI-servers en DC/DC-convertors. Dit resulteert in een hogere nauwkeurigheid van een analoog-digitaalconvertor (ADC), vooral in toepassingen met snellere pulsbreedtemodulatie (PWM) schakelfrequenties en hoge spanningen.

Hoewel hogere schakelfrequenties vaak kunnen leiden tot meer elektromagnetische interferentie (EMI), zijn de AD8410A/11A-stroomdetectieversterkers ontworpen met functies om die uitdaging aan te gaan. Ze hebben een hoge common-mode rejection ratio (CMRR) van 123 dB van -2 V tot +70 V om ruis te helpen verwerpen en EMI-prestaties te verbeteren, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen in lawaaierige elektrische omgevingen waar EMI de nauwkeurigheid zou kunnen beïnvloeden. Ze zijn minder gevoelig voor intermodulatieruis en minimaliseren het gebruik van extra filters.

De AD8410A en de AD8411A hebben dezelfde pakketopties en functies zoals overspanningsbeveiliging en een in-/uitschakelfunctie. Ze zijn ontworpen om te werken met een enkele voeding van 2,9 V tot 5,5 V binnen een industrieel temperatuurbereik van -40 °C tot 125 °C en zijn verkrijgbaar in compacte 8-lead Standard Small Outline Package [SOIC_N] en 8-lead Mini Small Outline Package (MSOP)-pakketten met een blootliggend pad voor betere thermische prestaties.

Voor motorbesturingssystemen die een nauwkeurige stroommeting en terugkoppeling vereisen, zoals industriële aandrijvingen, robotica of elektrische voertuigen, kan de AD8410A/11A hoge common-mode spanningen van de motorvoeding verwerken en een lineaire uitgang leveren die evenredig is met de stroom door de shuntweerstand. De AD8411A kan worden gebruikt wanneer een hogere versterking nodig is voor kleinere shuntweerstanden of lagere stroombereiken.

Batterijbeheersystemen die de laad- en ontlaadstroom van batterijcellen of -pakketten bewaken, kunnen profiteren van de mogelijkheid van de AD8410A/11A om het spanningsverschil over een shuntweerstand in serie met de batterij te meten voor een nauwkeurige en snelle stroomdetectie. De AD8411A kan worden gebruikt wanneer een hogere resolutie vereist is voor lage stroomniveaus of batterijen met een hoge capaciteit.

Voor voedingsbewakings- en beveiligingsschakelingen die overstroom- of kortsluitcondities detecteren, kan de AD8410A/11A de stroom meten die door een belasting of schakelaar loopt en een signaal leveren voor foutdetectie of terugkoppeling. De AD8411A kan worden gebruikt wanneer een snellere responstijd of een hogere gevoeligheid nodig is voor de toepassing.

ADI-evaluatieborden voor stroomdetectieversterkers

Ontwerpers kunnen hun voordeel doen met de evaluatiekaarten van ADI, waarmee ontwerpers de prestaties van de AD8410- en AD8411-stroomdetectieversterkers in verschillende scenario's kunnen evalueren.

De kaarten AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Afbeelding 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) en AD8411ARM-EVALZ (MSOP) zijn ontworpen voor eenvoudige configuratie van verschillende bedrijfsmodi en belastingen.

Afbeelding 3: AD8410AR-EVALZ-evaluatiebord van ADI. (Bron afbeelding: Analog Devices, Inc.)

Met deze borden kunnen ontwerpers de mogelijkheden en voordelen van de AD8410- en AD8411-stroomdetectieversterkers in een praktische omgeving verkennen. Een shunt met een maximale standaardgrootte van 2818 kan op de borden worden gesoldeerd en de werkingsmodus kan worden geselecteerd voor eenrichtings- of bidirectionele stroomdetectie.

Conclusie

ADI's AD8410- en AD8411-stroomdetectieversterkers zijn veelzijdige en hoogwaardige apparaten die kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen die een nauwkeurige en betrouwbare stroommeting vereisen. Deze versterkers ondersteunen high-side en low-side stroomdetectietoepassingen en kunnen helpen bij het verbeteren van de efficiëntie, veiligheid en betrouwbaarheid van elektronische producten die een nauwkeurige en robuuste stroombewaking, lage offsetspanning, lage drift, hoge bandbreedte en hoge common-mode rejection ratio vereisen.