Одним из стандартных схемных блоков, реализованных в различных электронных системах, является измерение тока. Независимо от того, используется ли измерение тока для защиты цепи, управления питанием или контуров управления, понимание тока, протекающего по важным нагрузкам, является необходимостью в большинстве схемных решений. Недавно компания ROHM Semiconductor выпустила новую микросхему измерения тока, которая, как утверждается, обеспечивает беспрецедентную точность при минимальной площади на печатной плате.
ИС усилителя измерения тока ROHM, ориентированные на точность, для промышленного применения. Изображение предоставлено ROHM Semiconductor.
В этой статье мы рассмотрим обычную архитектуру измерения тока, обсудим некоторые ее недостатки и оценим новый продукт от ROHM.
Стандартная архитектура Current Sense
Хотя существует множество различных способов измерения тока в электронной системе, одним из наиболее распространенных решений является использование шунтирующего резистора. В этой архитектуре резистор с очень низким сопротивлением (обычно порядка миллиомов) включается последовательно. с нагрузкой. При последовательном соединении этот шунтирующий резистор, также называемый чувствительным резистором, испытывает на нагрузке полный ток и создает на нем падение напряжения, прямо пропорциональное току (V = I/R). Однако, поскольку измерительный резистор очень мал, падение напряжения на нем также имеет чрезвычайно малую амплитуду.
Стандартная архитектура измерения тока от шины 12 В. Изображение предоставлено Texas Instruments
Чтобы увеличить амплитуду этого сигнала, напряжение каждого вывода резистора затем подается в качестве входных данных на специальный операционный усилитель (операционный усилитель). Здесь сигнал усиливается, и выходной несимметричный сигнал подается на АЦП для преобразования в цифровую форму. Зная значение шунтирующего резистора и шину напряжения для нагрузки, можно легко определить ток. Эта архитектура очень популярна, в основном благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой производительности считывания.
Проблемы с точностью самонагрева
Несмотря на популярность архитектуры с шунтирующими резисторами, в приложениях, где требуется чрезвычайно высокая точность, иногда она может дать сбой. Основная причина этого заключается в том, что измерительный резистор в этой схеме может варьироваться в зависимости как от производства, так и от температуры. По мере изменения температуры чувствительного резистора изменяется и значение его сопротивления. А поскольку архитектура измерения тока основана на падении напряжения на резисторе, изменение сопротивления будет напрямую влиять на измеренное значение тока.
Ошибка измерения тока, вызванная самонагревом резистора. Изображение предоставлено Renesas
Влияние здесь связано не только с высокой температурой окружающей среды, но и с самонагревом резистора. Поскольку точка этого чувствительного резистора должна подвергаться воздействию больших токов, он, естественно, будет рассеивать мощность во время работы. Здесь температурный коэффициент (Tc) чувствительного резистора напрямую приведет к ухудшению точности измерения тока. Изменение сопротивления резистора из-за повышения температуры рассчитывается по уравнению: ∆Rsense = RsenseTc × ∆Temperature. Таким образом, для достижения высокой точности в этой архитектуре требуется либо очень температурно-стабильный измерительный резистор, либо средства учета самонагрева резистора.
ROHM выпускает высокоточный усилитель с датчиком тока
ROHM объявила о выпуске новой микросхемы для измерения тока, которая предназначена для решения сложных задач с высокой точностью. BD14210G-LA представляет собой новый усилитель для измерения тока, который имеет высокую степень интеграции для уменьшения занимаемого места на плате. За счет интеграции периферийных дискретных компонентов, таких как фильтры и обходные конденсаторы, ROHM утверждает, что BD14210G-LA сокращает спецификацию схемы с 11 компонентов до трех компонентов. По данным ROHM, это сокращение количества спецификаций приводит к уменьшению площади PCBA на 46%.
Внутренняя блок-схема BD14210G-LA. Изображение предоставлено ROHM Semiconductor.
Помимо экономии площади, новая ИС обеспечивает чрезвычайно высокую точность ±1% во всем диапазоне температур от -40 °C до +125 °C. ROHM заявляет, что эта повышенная точность достигается за счет внутренней схемы, которая сохраняет точность определения тока даже при колебаниях температуры. С этим новым продуктом ROHM надеется обеспечить высокую точность измерения тока в различных промышленных приложениях, включая беспроводные базовые станции, ПЛК и инверторы. , а также потребительские приложения, такие как бытовая техника.