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电流检测镌汰年夜器的差分过压掩护电路

宣布时间:2017年01月16日 11:01    宣布者:看门狗
要害词: 过压掩护 , 检测镌汰年夜器 , 电机控制 , 电磁阀控制
低劣情形是电机控制,或电磁阀控制应用中的许多电气系统必须面临的现实。控制电机和电磁阀的电子装配须要异常靠近使终端应用发生物理运动的高电流电压。除近距离外,这些系统经常会阻拦维修(例如,雇佣技工更改洗碗电机磁阀的控制器板),这就为非居心的接线弱点留下了能够性。靠近高电流和电压,加上接线欠妥的能够性,请求设计须要推敲过压掩护。

为了构建高效安然的系统,须应用周详电流检测镌汰年夜器来监控这些应用中的电流。周详镌汰年夜器电路设计须要防止过压影响,但这类掩护电路能够会影响镌汰年夜器的精度。

适当地设计、剖析和验证电路,可以在掩护和精度之间杀青平衡。本文议论辩说两种有数掩护电路,和这些电路的实验会若何影响电流检测镌汰年夜器的精度。
电流检测镌汰年夜器

年夜部门电流检测镌汰年夜器可处置赏罚赏罚高共模电压(CMV),但不克不及处置赏罚赏罚高差分输入电压。在某些应用中,存在分流器的差分输入电压逾越镌汰年夜器的特殊最年夜电压的情形。这在工业和汽车电磁阀控制应用(图1)中很有数,短路能够会激起误差,将电流检测镌汰年夜器裸露于高差分输入电压(其能够到达与电池类似的电位)之下。这类差分过压能够会破损镌汰年夜器,特殊是在没有掩护电路的情形下。

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图1:电磁阀控制应用中的高端电流检测。

    Battery: 电池
    Switch: 开关
    Clamp diode: 钳位二极管
    Shunt: 分流器
    Solenoid: 电磁阀
    Output: 输入
    Current sense amplifier: 电流检测镌汰年夜器

过压掩护电路

图2显示电流检测镌汰年夜器的过压掩护基本毗连。当差分输入电压逾越指定镌汰年夜器的最年夜特殊值时,镌汰年夜器便可以够会将电流拉入外部掩护二极管。若输入引脚之间存在年夜差分电压旌旗暗记,则特此外勾通电阻R1和R2可防止年夜电流流入外部掩护二极管。

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图2:基本过压掩护电路。

掩护电路能够遭受的最年夜特殊电压和最年夜输入电流随器件而不合。浅易履历轨则是,流过外部差分掩护二极管的电流应以3 mA为限,除非规格书指明可吸收更年夜的电流值。将该值代入以下等式,盘算R1和R2的值:

5.png

其中:VIN_MAX是预计最年夜差分电压。 VRATED_MAX是最年夜特殊电压(0.7 V)。R是总勾通电阻(R1 + R2)。 例如,假定预计最年夜瞬态输入电压为10 V,则等式为:

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假定R = 3.1 kΩ,则凭证等式1,R1和R2 = 1.55 kΩ。

R1和R2的这些数值异常年夜,推敲到特定镌汰年夜器的输入阻抗,R1和R2会对全系统性能供献较年夜误差。

降低R1和R2的一种措施是在输入引脚增添电流才干更高的外部掩护二极管,如图3所示。

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图3:外置输入差分掩护二极管的过压掩护电路。

例如,应用Digi-Key B0520LW-7-F肖特基二极管时(该二极管可处置赏罚赏罚高达500 mA正向电流),R值降低至20 Ω。
系统性能的权衡

在镌汰年夜器输入端加入勾通电阻能够会降低某些性能参数。某些镌汰年夜器中,R1和R2与外部周详电阻勾通。在其他镌汰年夜器中,掉落调电流与电阻一同发生掉落调电压。更有能够受影响的参数是增益误差、共模榨取比(CMRR)和掉落调电压。

为了研究勾通电阻的潜在影响,丈量了两款电流检测镌汰年夜器,其输入引脚均装备有掩护电阻。评价增益误差、CMRR和掉落调电压的测试设置如图4所示。该设置接纳Agilent E3631A电源向器件供应5 V单电源,接纳Yokogawa GS200周详直流源发生差分输入电压旌旗暗记,接纳HAMEG HMP4030设置CMV,接纳Agilent 3458A周详万用表丈量电流检测镌汰年夜器的输入电压。

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图4:评价增益误差、CMRR和掉落调电压的测试设置。

    Power supply: 电源
    precision DC source: 周详直流源
    meter: 万用表

评价AD8210和AD8418以便丈量特殊勾通电阻对器件增益误差、CMRR和掉落调电压参数的影响。

增益误差

当勾通电阻与镌汰年夜器输入端勾通时,它们与镌汰年夜器的差分输入阻抗一起组成一个电阻分压器。该电阻分压器引入一个衰减,其作为特殊增益误差涌现在电路中。镌汰年夜器的差分输入阻抗越低,该特殊增益误差越年夜。

表1显示AD8210经盘算取得的特殊增益误差和现实增益误差。划分在带与不带掩护电路的情形下测试AD8418。表2显示该镌汰年夜器经盘算取得的特殊增益误差和现实增益误差。

实测效果是,AD8418增益误差偏移0.013%,而AD8210偏移0.497%。AD8418和AD8210的输入阻抗划分是150 kΩ和2 kΩ,是以,AD8418引入的误差会远小于AD8210。

共模榨取比

由于电流检测镌汰年夜器经常裸露在高CMV的情形中,是以CMRR是最主要的规格参数之一。CMRR权衡器件榨取高CMV和取得最优精度与性能的才干。即镌汰年夜器的两个输入端施加相等电压时,所测得的输入电压变换。CMRR界说为差分增益与共模增益之比,通常以dB体现。

应用以下等式盘算两个镌汰年夜器的CMRR值:

7.png

其中:ADM为AD8210和AD8418的差分增益(ADM = 20)。ACM为共模增益ΔVOUT/ΔVCM。

当勾通电阻与镌汰年夜器输入端勾通时,勾通电阻的掉落配会加到外部电阻的掉落配上,这会影响CMRR。

电流检测镌汰年夜器AD8210和AD8418的CMRR丈量效果划分如表3和表4所示。

效果注解,特殊外部勾通电阻的影响是AD8418 CMRR降低,而对AD8210 CMRR的影响相对较小。AD8418酿成89 dB,AD8210则简直保持稳固(94 dB)。关于结实增益器件,AD8418和AD8210的共模阻抗相对较高,划分为750 kΩ和5 MΩ。

表1.AD8210增益误差
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表2.AD8418增益误差
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表3.AD8210 CMRR性能(增益为20)
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表4.AD8418 CMRR性能(增益为20)
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表5.由输入掉落调电流和外部阻抗惹起的AD8210特殊掉落调电压
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表6.由输入掉落调电流和外部阻抗惹起的AD8418特殊掉落调电压
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掉落调电压

当偏置电流流过外部电阻时,会发生一个与器件固有掉落调电压勾通的误差电压。为了盘算这一特此外掉落调电压误差,可将输入掉落调电流(IOS,两个输入偏置电流之差)乘以输入引脚上的外部阻抗,如以下等式所示:

掉落调电压 = IOS × R

其中:IOS为输入掉落调电流。R为特殊外部阻抗。

基于AD8210和AD8418电流检测镌汰年夜器丈量效果的掉落调电压增添量划分如表5和表6所示。

效果显示,AD8418掉落调电压的增添量年夜于AD8210掉落调电压的增添量。这是由AD8418约为100 μA的输入掉落调电流惹起的。

输入引脚勾通的任何特殊阻抗都邑与输入掉落调电流联络,发生特殊掉落调电压误差。

结论

在输入引脚上增添特此外勾通电阻是掩护电流检测镌汰年夜器免受过压影响的质朴措施。可以丈量对增益误差、CMRR和掉落调电压等性能目的的影响,这些影响与外部电阻的幅度和所用的电流检测镌汰年夜器类型直接相关。若设计合适,电路会刷新应用的差分输入电压特殊值,而元件数目增添异常无限,对精度的影响也异常小。
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bijinyi 揭晓于 2017-1-22 16:53:54
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