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电池供电设备电流监控的三个要点——你真的做对了吗?

Bill Giovino?? 贸泽电子?? 2015年08月04日 ?? 收藏1

检测监控-高边或者低边?

电流分流器监控集成电路,同时也叫电流检测放大器,精确测量待测电阻两端的微小电压。防止检测放大器干扰被测电压,这些集成电路具有很高的输入阻抗。然而,在选择并联显示器之前,必须做出一个明智的决定,那就是是否要将电流检测电阻放置在负载的电源电压轨上(高边监控)。或者负载的地面点(低边监控),每一种都有其优点和缺点。

图:高边检测VS低边检测。
图:高边检测VS低边检测。

低边检测通常是最便宜和最简单的方式来实现,因为如果检测电阻的一端在地面系统,并且负载的另外一端在那些电流待测的负载的地面,然后电阻两端的电压相对系统地面可以通过一个简单的引用同一个系统的运放将其放大。然后该放大电压通过模数转换器(ADC)进行测量。

但是,低边检测的缺点与其自身的优点有关,那就是放置一个电阻在负载到地的路径。这种电阻放置导致负载的地面浮动电压略高于系统地面。这种安排的最常见的问题是潜在的接地回路问题。因为负载与系统中的其他负载不是在同一个参考地上。该系统可以开发一个可听噪音,如哼哼,甚至对附近的设备产生干扰,包括音频和视频的干扰。另外,低边检测不能够检测错误条件,比如在地面路径的一个短路或者开路,由于连接问题或外界干扰引起的。

由于这个原因,低边检测的意义在于处理大电流,一个孤立的负载,或其他情况下,系统不受地面路径影响。

高边检测是用于当一个并联电阻成列放置在系统电源和负载之间。这个配置对电流的变化更加敏感并且对系统地添加了免干扰功能。其主要缺点是由于分流电阻不是在系统地面上,差动电压必须被测量出来,因为它需要精确匹配合适的差分放大器。然而,它的缺点是消除了一个来自德州仪器的精密电流分流监控器。

电流分流监控器

选择电流分流监控器的几个因素:

共模范围:该规范定义了放大器对地的输入允许直流电压范围。电流分流监控器通常指定接受共模电压比芯片供电电压高。比如说。德州仪器的INA225电流分流监控器和TI的INA300电流检测比较器可以接受的DC电压是从0v到36V。他们两者都是非常灵活的,并且可以用于高边或者低边监控。INA225拥有 I2C 接口,允许一个微控制器去读被监控的电流根据被测的电压和功耗。TI 的INA282拥有一个非常宽的共模-14 v + 80 v的范围以及一个只有 1.5 μV/°C低的偏置漂移。

偏置电压:这是在放大器输入端测量电压,假设正极和负极输入是基本一样的电压。理想情况下这个电压是零,但实际上它总是一个非零电压。小的偏移电压会导致巨大的错误,它可以增加芯片寿命和动态温度。德州仪器的INA230双向电流分流监控器拥有一个低至 50μV的偏置电压当其温度范围是-40 + 125°C时。然而,对于最好的精度,这个TI的INA226在现在的市场上是一款最高精度的电流检测监控器,其偏置电压是只有10μV 并且一个共模范围达到36V。他们两者都实现了一个 I2C 系列接口以方便大多数微控制器接口。

共模抑制比(CMRR):这个规范是一个放大器检测和拒收信号的能力出现在两个差分输入。电路板上的放大器的物理位置可能会导致噪声耦合到输入上由于热噪声,高频信号,或者高电流,从而诱导磁电流耦合。德州仪器的大部分电流分流监控器有一个经典的共模抑制比高达140dB,包括INA226,INA210,和INA282。

由于电流分流监控器有太多的选择,目标电路究竟该使用哪一个?正如本文所讨论,选择是与系统有关的。电流分流电阻和监控器现在被用于这些以前并不需要进行电流监测,但是现在需要提高电池效率的应用。其中例子包括仪表,无线充电电源,平板电脑和手机、工业自动化、医疗设备供电,电池和太阳能系统。

总结

电流监控的需求越来越重要,尤其是对于电池驱动的设备。电流监测监控可以显著提高系统优势,越仔细的选择合适的组件就越可能延长电池寿命和许多电子系统的寿命。

《电子技术设计》版权所有,谢绝转载。


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电阻? 检测放大器?

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