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應用毫微功耗運算放大器幫助電流感應

更新時間: 2019-06-29 21:26 來源: 網絡 編輯: 傳感器技術 閱覽: ? 技術文檔
 

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電流感應

設計者通過將一個非常小的“分流”電阻串聯在負載上,在兩者之間設置一個電流感應放大器或運算放大器,實現用于系統保護和監測的電流感應。雖然專用的電流感應放大器能夠發揮十分出色的電流感應作用,但如果特別注重功耗的情況下,精密的毫微功耗運算放大器則是理想的選擇。

有兩個位置可以根據負載放置分流電阻:負載與電源之間(圖1),或者負載與接地之間(圖2)。

高側電流感應

圖1:高側電流感應

低側電流感應

圖2:低側電流感應

在這兩種情況下,為了利用已知阻值的電阻來感應電流,通過運算放大器來測量分流電阻兩端的電壓。運用歐姆定律(公式1),可以確定電流消耗:

其中 V 表示電壓,I 表示電流,R 表示電阻。

其中 V 表示電壓,I 表示電流,R 表示電阻。

選擇分流電阻和運算放大器,這樣它們對電路的性能影響最小。在選擇電阻時,根據以下兩個條件選用低值電阻:

盡量將電阻兩端的壓降保持在低水平,使負載的負極在低側感應時盡可能靠近接地,或者在高側感應時盡可能靠近電源。

保持低功耗。從公式2可以看出,由于你要測量的是電流,因此它是一個自變量,所以電阻應盡可能?。?/p>

保持低功耗

這里要說明一點:由于你要測量電流而不是讓電流最小化(如我再第一部分中所做的),所以你必須將電阻值最小化,才能讓功耗最小化—這與DC增益配置中功耗管理的思路相反。
超低功耗電流測量技術廣泛應用于移動電源、手機等終端設備的電池充電和監測,也可以用于保證工業物聯網應用的正常運行。

那么在選擇電阻值時,可以壓到多低呢?簡單地說,電阻兩端的壓降應當大于你所用運算放大器的偏移電壓。

示例

假設你要進行低側差動電流測量(圖3),以確保系統中不存在短路和開路。為了簡易起見,本示例選用簡單的數字,忽略諸如電阻容差之類的參數。

低側差動電流測量

圖3:低側差動電流測量

電源電壓為3.3V。在正確操作的情況下,系統得出最大電流值為10mA;你不想要有效接地,使負載高于100µV。你首先要明白一點,分流電阻的壓降(由于電流)必須小于或等于100µV。

如果你使用公式3來確定最大分流電阻:

最大分流電阻

則有效接地為100µV,如公式4所示:

有效接地為100μV

您必須選用運算放大器,它能夠檢測到這種壓降的變化,表明是否存在故障。由于系統處于正常工作狀態時,負載電流在其典型值±10%范圍內。當電流變化至少10%時,運算放大器就可以檢測出感應電阻兩端的電壓變化。

如果存在故障(如:開路,低電流導致的欠壓,高電流導致的短路或掉電),公式5表示電流的變化(IΔ):

電流的變化(

公式6計算出VSHUNT壓降的變化:

公式6計算出VSHUNT壓降的變化

在這個例子中,我會選擇LPV821零漂移毫微功耗放大器。其零漂移技術可實現僅10µV的最大偏移電壓,從而檢測到故障情況。零漂移運算放大器是高精度(<100µV)測量的理想選擇。此外,LPV821也是一種毫微功耗放大器,你可以讓它一直處于開啟狀態,持續準確地感測電流,對系統功率預算的影響很小。

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