使用分流監(jiān)控器監(jiān)控電源系統(tǒng)的效率和可靠性
如果你問工程師他們是否想要一個(gè)高效可靠的系統(tǒng)，答案當(dāng)然是肯定的。效率和可靠性的定義是什么——以及最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的條件——并不容易回答。
在查看可靠性時(shí)，一個(gè)常見的起點(diǎn)是確定在發(fā)生任何意外操作條件時(shí)，可以確保系統(tǒng)受到保護(hù)的保護(hù)級別。顯然，保險(xiǎn)絲是一種簡單的實(shí)現(xiàn)方式，可以防止過流保護(hù)方案的短路情況。但是，我們必須擔(dān)心在短路情況下保險(xiǎn)絲熔斷后如何將該系統(tǒng)恢復(fù)到現(xiàn)場。操作停機(jī)時(shí)間很昂貴，而且在許多情況下是不可接受的。保險(xiǎn)絲只提供兩條信息：電流是否過高，以及系統(tǒng)電源總線是否已打開。
主動(dòng)測量系統(tǒng)電流的電路可以非常精確地檢測是否存在超出范圍的情況，并允許調(diào)整操作性能，以在不犧牲可靠性的情況下實(shí)現(xiàn)在全功率預(yù)算下的安全操作。
INA199分流監(jiān)控器是該功能的常用構(gòu)建塊，因?yàn)樗挠∷㈦娐钒?(PCB) 占位面積小、精度高，以及集成的匹配增益設(shè)置電阻器。
INA199系列電壓輸出、電流分流監(jiān)測器(也稱為電流檢測放大器)通常用于過電流保護(hù)、用于系統(tǒng)優(yōu)化的精密電流測量或閉環(huán)反饋電路。這一系列的設(shè)備可以在共模電壓從-0.3 V到26 V的情況下感應(yīng)并聯(lián)電阻器上的壓降，與電源電壓無關(guān)。有三種固定增益可用：50 V/V、100 V/V和200 V/V。零漂結(jié)構(gòu)的低偏移使電流感應(yīng)在分流器上的最大壓降低至10 mV滿標(biāo)度。這些設(shè)備在單個(gè)2.7-V至26-V電源下工作，最大可消耗100μa的電源電流。所有版本的規(guī)定溫度為-40°C至125°C，并以SC70-6和薄UQFN-10封裝提供。
●特征
■寬共模范圍：–0.3 V至26 V
■偏移電壓：±150μV(最大值)(可使分路壓降達(dá)到10 mV滿量程)
■準(zhǔn)確度：
▲–增益誤差(最大超溫)：
▲–±1%(C版)
▲–±1.5%(A型和B型)
▲–0.5-μV/°C偏移漂移(最大值)
▲–10 ppm/°C增益漂移(最大)增益選擇：
▲–INA199x1:50 V/V
▲–INA199x2:100 V/V
輸出被導(dǎo)向一個(gè)比較器，該比較器具有一個(gè)固定閾值，該閾值對應(yīng)于功能塊想要檢測的電流電平，如圖 1 所示。
圖 1：典型應(yīng)用中的 INA199 分流監(jiān)控器
比較器輸出可以直接控制電路以打開電源總線，或者允許微控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能并在允許的功率預(yù)算內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，或者完全關(guān)閉系統(tǒng)。對于嚴(yán)重故障，這種關(guān)閉功能對于防止超出范圍的情況損壞系統(tǒng)組件非常重要。
該電路的限流閾值由施加到比較器同相輸入端的參考電壓設(shè)置。該電壓電平直接對應(yīng)于INA199測量的電流電平。使用分壓器，我們可以使用公式 1 計(jì)算參考電壓：
限制參考電壓 = 電流限制 (A) * 分流電阻 (Ω) * 放大器增益 (V/V) (1)
INA300是一款專門的電流感應(yīng)比較器，它通過將電流感應(yīng)放大器和比較器集成到一個(gè)器件中，以稍微不同的方式實(shí)現(xiàn)相同的功能。圖 2 顯示了該比較器的典型應(yīng)用。該方法與前面使用INA199的示例相同，因?yàn)镮NA300使用單個(gè)外部電阻器設(shè)置了閾值限制，該電阻器對應(yīng)于系統(tǒng)的電流限制。
圖 2：INA300電流感應(yīng)比較器框圖
限制引腳上存在一個(gè)內(nèi)部 20μA 電流源，該電流源根據(jù)連接到該引腳的 R LIMIT電阻器的值為比較器創(chuàng)建參考電壓。該電壓被設(shè)置為等于在限流電平下分流電阻器上產(chǎn)生的電壓。公式 2 計(jì)算 R LIMIT電阻值：
(2)
我希望我們現(xiàn)在熟悉INA199和INA300器件如何更有效地檢測和處理過流事件。
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