ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าสำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด
Contributed By DigiKey's North American Editors
2024-05-16
ไม่มีใครต้องการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เทอะทะและมีประสิทธิภาพลดลง ผู้ผลิตต้องการให้นักออกแบบทราบวิธีประกอบส่วนประกอบประสิทธิภาพสูงเข้ากับพื้นที่ขนาดเล็กโดยไม่กระทบต่อฟังก์ชันการทำงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภารกิจคือการหาวิธีแก้ไขความท้าทายในการนำเสนอแอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์ที่มีพื้นที่จำกัดด้วยความแม่นยำสูงกว่า ด้วยเหตุนี้ ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ การทำงานที่ปลอดภัย และการควบคุมมอเตอร์ที่ไวต่อเสียงรบกวน
ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานต่าง ๆ เช่น การจัดการแบตเตอรี่ การป้องกันกระแสเกิน และการตรวจจับข้อผิดพลาด การวัดและขยายแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานแบบสับเปลี่ยนมีบทบาทสำคัญในการป้องกันวงจร
ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าถือว่ามีขนาดเล็กและต้นทุนต่ำ ใช้งานได้ค่อนข้างง่าย แต่ก็มีความท้าทาย เช่น ข้อจำกัดแบนด์วิธ การลดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและการรบกวน และการตอบสนองแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปสูง ดังนั้นการเลือกตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของการใช้งาน
การพิจารณาความพอดีที่เหมาะสมเริ่มต้นด้วยการระบุคุณลักษณะการใช้งานที่สำคัญ:
- ช่วงกระแสที่ยอมรับได้และแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถทนได้
- สภาพแวดล้อมและประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ตรงกับช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ
- ข้อมูลจำเพาะของตัวขยายสัญญาณที่ตรงตามข้อจำกัดการออกแบบ รวมถึงขนาดแพ็คเกจ แบนด์วิดท์ กระแสไฟนิ่ง และความแม่นยำ
- ไม่ว่าจะใช้การตรวจจับกระแสด้านสูงหรือด้านต่ำตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำ การแยกส่วน และความง่ายในการใช้งาน
Analog Devices, Inc. (ADI) มีชุดเครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานที่หลากหลายซึ่งทำการวัดกระแสแบบสองทิศทางในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและยานยนต์ต่าง ๆ (ผ่านการรับรอง AEC-Q100)
AD8410A และ AD8411A สามารถใช้สำหรับการวัดทั้ง AC และ DC สร้างขึ้นเพื่อให้ทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้างโดยมีข้อผิดพลาดในการรับน้อยที่สุด และมีช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่กว้างเพื่อรองรับความต้องการของระบบที่แตกต่างกัน ทั้งสองใช้แกนตัดแต่งในแพ็คเกจที่ให้ค่าออฟเซ็ตปกติที่ ±0.26 µV/°C ตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานและช่วงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป โดยไม่จำเป็นต้องสับและปรับนาฬิกาเป็นศูนย์อัตโนมัติ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดเสียงรบกวนเพิ่มขึ้น และผลกระทบด้านลบอื่น ๆ
AD8410A (รูปที่ 1) มีอัตราขยายเริ่มต้นที่ 20 V/V และแบนด์วิธที่ 2.2 MHz
รูปที่ 1: ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8410A ของ ADI (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices)
AD8411A (รูปที่ 2) ให้อัตราขยายเริ่มต้นที่ 50 V/V และแบนด์วิธที่ 2.7 MHz ซึ่งให้ความยืดหยุ่นและความไวที่มากขึ้น
รูปที่ 2: เครื่องขยายสัญญาณความรู้สึกปัจจุบัน AD8411A ของ ADI (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices)
AD8410A/11A สามารถใช้กับการตรวจจับกระแสทั้งด้านสูงและด้านต่ำ เหมาะสำหรับการตรวจจับกระแสในเฟสหรือด้านสูงในการใช้งานต่าง ๆ เช่น การควบคุมมอเตอร์ ตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทาง การควบคุมโซลินอยด์ และการตรวจสอบรางส่งกำลัง
นอกจากนี้ยังใช้ได้กับการตรวจจับกระแสอินไลน์ในไดรฟ์มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน (BLDC) เพื่อวัดกระแสที่ไหลผ่านขดลวดมอเตอร์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมที่แม่นยำและการปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสม
ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าแรงสูงและมีแบนด์วิธสูงได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานการวัดกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำ ช่วยให้สามารถควบคุมแรงบิดได้อย่างแม่นยำ การใช้มอเตอร์และตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็ก และการใช้งานที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้น ด้วยการใช้สถาปัตยกรรมที่มีเอกลักษณ์ จึงสามารถขยายแรงดันไฟฟ้าสับเปลี่ยนกระแสดิฟเฟอเรนเชียลขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำ เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
แบนด์วิธที่สูงขึ้นช่วยให้การตรวจจับกระแสไฟฟ้าแม่นยำยิ่งขึ้นที่ความถี่สวิตชิ่งสูงในมอเตอร์ DC, เซิร์ฟเวอร์ AI และตัวแปลง DC/DC ส่งผลให้มีความแม่นยำสูงกว่าของตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีการสลับความถี่พัลส์ไวด์มอดูเลชั่น (PWM) ที่เร็วขึ้นและแรงดันไฟฟ้าสูง
แม้ว่าความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้นมักจะส่งผลให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) มากขึ้น แต่ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8410A/11A ได้รับการออกแบบมาพร้อมคุณสมบัติเพื่อรับมือกับความท้าทายดังกล่าว มีอัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMRR) สูงที่ 123 dB ตั้งแต่ −2 V ถึง +70 V เพื่อช่วยปฏิเสธเสียงรบกวนและปรับปรุงประสิทธิภาพของ EMI ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่มีเสียงดังซึ่ง EMI อาจส่งผลต่อความแม่นยำ พวกมันมีแนวโน้มที่จะเกิดเสียงรบกวนน้อยกว่าและลดการใช้ตัวกรองเพิ่มเติมให้เหลือน้อยที่สุด
AD8410A และ AD8411A ใช้ตัวเลือกแพ็กเกจและคุณสมบัติเดียวกัน เช่น การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน และฟังก์ชันเปิด/ปิดใช้งาน ออกแบบมาเพื่อใช้งานจากแหล่งจ่ายไฟ 2.9 V ถึง 5.5 V เดียวภายในช่วงอุณหภูมิอุตสาหกรรมที่ −40°C ถึง +125°C มีจำหน่ายในแพ็คเกจโครงร่างขนาดเล็กมาตรฐาน 8 ลีด [SOIC_N] และมินิขนาดเล็ก 8 ลีด แพ็คเกจ Outline Package (MSOP) พร้อมแผ่นสัมผัสเพื่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้น
สำหรับระบบควบคุมมอเตอร์ที่ต้องการการวัดกระแสและการป้อนกลับที่แม่นยำ เช่น ระบบขับเคลื่อนทางอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ หรือยานพาหนะไฟฟ้า AD8410A/11A สามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปสูงจากการจ่ายไฟของมอเตอร์ และให้เอาต์พุตเชิงเส้นตามสัดส่วนของกระแสผ่านการสับเปลี่ยน ตัวต้านทาน AD8411A สามารถใช้งานได้เมื่อต้องการเกนที่สูงกว่าสำหรับตัวต้านทานแบบสับเปลี่ยนขนาดเล็กหรือช่วงกระแสไฟที่ต่ำกว่า
ระบบการจัดการแบตเตอรี่ที่ตรวจสอบกระแสประจุและคายประจุของเซลล์หรือชุดแบตเตอรี่จะได้รับประโยชน์จากความสามารถของ AD8410A/11A ในการวัดแรงดันไฟฟ้าส่วนต่างของตัวต้านทานแบบแบ่งอนุกรมพร้อมกับแบตเตอรี่ เพื่อให้การตรวจจับกระแสที่แม่นยำและรวดเร็ว สามารถใช้ AD8411A เมื่อต้องใช้ความละเอียดสูงกว่าสำหรับระดับกระแสไฟต่ำหรือแบตเตอรี่ความจุสูง
สำหรับวงจรตรวจสอบและป้องกันแหล่งจ่ายไฟที่ตรวจจับสภาวะกระแสเกินหรือการลัดวงจร AD8410A/11A สามารถตรวจจับกระแสที่ไหลผ่านโหลดหรือสวิตช์ และให้สัญญาณสำหรับการตรวจจับข้อผิดพลาดหรือการควบคุมผลป้อนกลับ AD8411A สามารถใช้งานได้เมื่อต้องการเวลาตอบสนองที่เร็วขึ้นหรือความไวที่สูงขึ้นสำหรับการใช้งาน
บอร์ดประเมินเครื่องขยายสัญญาณสัมผัสกระแส ADI
นักออกแบบสามารถใช้ประโยชน์จากบอร์ดประเมินผล ADI ซึ่งช่วยให้นักออกแบบสามารถประเมินประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์รับรู้กระแสไฟฟ้า AD8410 และ AD8411 ในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน
AD8410AR-EVALZ (SOIC) (ภาพที่ 3) AD8410ARM-EVALZ (MSOP) AD8411AR-EVALZ (SOIC) และบอร์ด AD8411ARM-EVALZ (MSOP) ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้กำหนดค่าโหมดการทำงานและโหลดต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย
รูปที่ 3: บอร์ดประเมินผล AD8410AR-EVALZ จาก ADI (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices)
ด้วยบอร์ดเหล่านี้ นักออกแบบสามารถสำรวจคุณสมบัติและคุณประโยชน์ของแอมพลิฟายเออร์รับรู้กระแสไฟฟ้า AD8410 และ AD8411 ในสภาพแวดล้อมที่ใช้งานได้จริง สามารถบัดกรีสับเปลี่ยนที่มีขนาดมาตรฐานสูงสุด 2818 เข้ากับบอร์ดได้ และสามารถเลือกโหมดการทำงานสำหรับการตรวจจับกระแสในทิศทางเดียวหรือสองทิศทางได้
สรุป
ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8410 และ AD8411 จาก ADI เป็นอุปกรณ์อเนกประสงค์และประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถนำไปใช้งานที่หลากหลายซึ่งต้องการการวัดกระแสที่แม่นยำและเชื่อถือได้ ตัวขยายสัญญาณเหล่านี้รองรับการใช้งานการตรวจจับกระแสด้านสูงและด้านต่ำ และสามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการการตรวจสอบกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำและแข็งแกร่ง แรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตต่ำ ค่าเบี่ยงเบนต่ำ แบนด์วิดท์สูง และโหมดร่วมสูง อัตราส่วนการปฏิเสธ

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.