ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้าสำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด

By Pete Bartolik

Contributed By DigiKey's North American Editors

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

รูปภาพของ เครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8410A ของ ADIรูปที่ 1: ตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8410A ของ ADI (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices)

AD8411A (รูปที่ 2) ให้อัตราขยายเริ่มต้นที่ 50 V/V และแบนด์วิธที่ 2.7 MHz ซึ่งให้ความยืดหยุ่นและความไวที่มากขึ้น

รูปภาพของตัวขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า AD8411A ของ ADIรูปที่ 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

บอร์ดการประเมินผล AD8410AR-EVALZ ของ ADIรูปที่ 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

DigiKey logo

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.

About this author

Image of Pete Bartolik

Pete Bartolik

Pete Bartolik เป็นนักเขียนอิสระที่ค้นคว้าและเขียนเกี่ยวกับประเด็นและผลิตภัณฑ์ด้าน IT และ OT มานานกว่าสองทศวรรษ ก่อนหน้านี้เขาเป็นบรรณาธิการข่าวของสิ่งพิมพ์ด้านการจัดการ IT Computerworld เป็นหัวหน้าบรรณาธิการของนิตยสารคอมพิวเตอร์สำหรับผู้ใช้ปลายทางรายเดือน และเป็นนักข่าวกับหนังสือพิมพ์รายวัน

About this publisher

DigiKey's North American Editors