Amplificatori per rilevamento di corrente per applicazioni con vincoli di spazio

Nessuno vuole prodotti elettronici molto ingombranti e poco efficienti. I produttori si aspettano che i progettisti trovino il modo di inserire componenti ad alte prestazioni in spazi ridotti senza compromettere la funzionalità. Il mandato, in altre parole, è quello di trovare il modo di aggirare le sfide di fornire applicazioni elettroniche in spazi limitati con una maggiore precisione. A tal fine, gli amplificatori per rilevamento di corrente sono fondamentali per gestire efficientemente l'alimentazione, per il funzionamento sicuro e il controllo motori sensibile al rumore.

Gli amplificatori per rilevamento di corrente sono ampiamente utilizzati in applicazioni quali la gestione delle batterie, la protezione dalle sovracorrenti e il rilevamento dei guasti. Misurando e amplificando la caduta di tensione attraverso un resistore di shunt, svolgono un ruolo fondamentale nella protezione dei circuiti.

Apprezzati per le loro piccole dimensioni e il basso costo, gli amplificatori per rilevamento di corrente sono relativamente semplici da implementare, ma presentano sfide quali i limiti della larghezza di banda, la mitigazione del rumore elettrico e delle interferenze e l'elevata risposta alla tensione di modo comune. Pertanto, la scelta del dispositivo giusto è importante per il successo dell'applicazione.

Per determinare quale sia il migliore si inizia con l'identificazione delle caratteristiche chiave dell'applicazione:

• l'intervallo di corrente accettabile e la tensione di ingresso massima tollerabile dal dispositivo;
• le condizioni ambientali e prestazioni affidabili nell'intervallo di temperatura desiderato;
• specifiche dell'amplificatore che soddisfano i vincoli di progettazione, tra cui dimensioni del contenitore, larghezza di banda, corrente di quiescenza e precisione;
• scelta del sensore di corrente high-side o low-side in base ai requisiti di precisione, isolamento e facilità di implementazione.

Analog Devices, Inc. (ADI) offre una serie di amplificatori per rilevamento di corrente progettati per un'ampia gamma di applicazioni che eseguono misurazioni di corrente bidirezionali in varie applicazioni industriali e automotive (con qualifica AEC-Q100).

AD8410A e AD8411A possono essere utilizzati per misurazioni sia in c.a. che in c.c., funzionano in un ampio intervallo di temperatura con un errore di guadagno minimo e offrono un ampio intervallo della tensione di alimentazione per soddisfare i diversi requisiti di sistema. Entrambi utilizzano un nucleo di trimming in-package che fornisce una deriva di offset tipica di ±0,26 µV/°C nell'intero intervallo della temperatura di funzionamento e nell'intervallo di tensione di modo comune, senza la necessità di taglio e di auto-azzeramento dei clock che possono provocare un aumento del rumore e altre conseguenze negative.

AD8410A (Figura 1) ha un guadagno iniziale di 20 V/V e una larghezza di banda di 2,2 MHz.

Figura 1: Amplificatore per rilevamento di corrente AD8410A di ADI. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices, Inc.)

AD8411A (Figura 2) offre un guadagno iniziale di 50 V/V e una larghezza di banda di 2,7 MHz, garantendo maggiore flessibilità e sensibilità.

Figura 2: Amplificatore per rilevamento di corrente AD8411A di ADI. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A può essere utilizzato per applicazioni di rilevamento della corrente sia high-side che low-side. Entrambi sono adatti per il rilevamento della corrente in fase o high-side in varie applicazioni come il controllo dei motori, i convertitore c.c./c.c. bidirezionali, i controlli a solenoide e il monitoraggio delle linee di alimentazione.

Sono inoltre utili per il rilevamento della corrente in linea negli azionamenti dei motori c.c. brushless (BLDC) per misurare la corrente che scorre attraverso gli avvolgimenti del motore, fondamentale per un controllo preciso e l'ottimizzazione delle prestazioni.

Gli amplificatori per rilevamento di corrente ad alta tensione e larghezza di banda sono progettati per applicazioni di misurazione precisa della corrente, per un controllo esatto della coppia, l'uso di motori e induttori più piccoli e applicazioni motorizzate più intelligenti. Utilizzando un'architettura unica, sono in grado di amplificare con precisione piccole tensioni shunt di corrente differenziale in presenza di tensioni di modo comune che cambiano rapidamente.

La maggiore larghezza di banda consente un rilevamento più accurato della corrente ad alte frequenze di commutazione nei motori c.c., nei server IA e nei convertitori c.c./c.c. Ciò si traduce in una maggiore precisione del convertitore analogico/digitale (ADC), soprattutto nelle applicazioni con frequenze di commutazione a modulazione della larghezza di impulso (PWM) più rapide e con tensioni elevate.

Sebbene frequenze di commutazione più elevate possano spesso provocare un aumento delle interferenze elettromagnetiche (EMI), gli amplificatori per rilevamento di corrente AD8410A/11A hanno caratteristiche tali da gestire questa sfida. Hanno un elevato rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) di 123 dB da -2 V a +70 V per contribuire a respingere il rumore e migliorare le prestazioni EMI, rendendoli adatti ad applicazioni in ambienti elettrici rumorosi in cui le EMI potrebbero impattare la loro precisione. Sono meno inclini al rumore di intermodulazione e riducono al minimo l'uso di filtri aggiuntivi.

AD8410A e AD8411A condividono le stesse opzioni di contenitore e caratteristiche come la protezione dalle sovratensioni e la funzione di abilitazione/disabilitazione. Progettati per funzionare con un'alimentazione singola da 2,9 V a 5,5 V in un intervallo di temperatura industriale compreso tra -40 °C e +125 °C, sono disponibili in contenitori compatti a 8 conduttori standad a profilo stretto (SOIC_N) e mini a profilo ribassato (MSOP) con piazzola esposta per migliorare le prestazioni termiche.

Per i sistemi di controllo motori che richiedono una misurazione precisa della corrente e la retroazione, come gli azionamenti industriali, la robotica o i veicoli elettrici, AD8410A/11A è in grado di gestire elevate tensioni di modo comune dall'alimentazione del motore e di fornire un'uscita lineare proporzionale alla corrente che attraversa il resistore di shunt. AD8411A può essere utilizzato quando è necessario un guadagno maggiore per resistori di shunt più piccoli o per intervalli di corrente inferiori.

I sistemi di gestione delle batterie che monitorano le correnti di carica e scarica delle celle o dei gruppi possono trarre vantaggio dalla capacità di AD8410A/11A di misurare la tensione differenziale attraverso un resistore di shunt in serie alla batteria per fornire un rilevamento preciso e rapido della corrente. AD8411A può essere utilizzato quando è necessaria una risoluzione più elevata per livelli di corrente bassi o batterie ad alta capacità.

Per i circuiti di monitoraggio e protezione dell'alimentazione che rilevano condizioni di sovracorrente o cortocircuito, AD8410A/11A può rilevare la corrente che scorre attraverso un carico o un interruttore e fornire un segnale per il rilevamento dei guasti o il controllo della retroazione. AD8411A può essere utilizzato quando l'applicazione richiede un tempo di risposta più rapido o una sensibilità più elevata.

Schede di valutazione dell'amplificatore per rilevamento di corrente di ADI

I progettisti possono usufruire delle schede di valutazione di ADI per valutare le prestazioni degli amplificatori per rilevamento di corrente AD8410 e AD8411 in diverse situazioni d'uso.

Le schede AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Figura 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) e AD8411ARM-EVALZ (MSOP) sono destinate a facilitare la configurazione di diverse modalità di funzionamento e di carico.

Figura 3: Scheda di valutazione AD8410AR-EVALZ di ADI. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices, Inc.)

Con queste schede, i progettisti possono esplorare le caratteristiche e i vantaggi degli amplificatori per rilevamento di corrente AD8410 e AD8411 in un contesto pratico. È possibile saldare sulle schede uno shunt di formato standard massima di 2818 e la modalità di funzionamento può essere selezionata per il rilevamento unidirezionale o bidirezionale della corrente.

Conclusione

Gli amplificatori per rilevamento di corrente AD8410 e AD8411 di ADI sono dispositivi versatili e ad alte prestazioni utili in un'ampia gamma di applicazioni che richiedono misurazioni di corrente precise e affidabili. Questi amplificatori supportano applicazioni di rilevamento della corrente high-side e low-side e possono contribuire a migliorare l'efficienza, la sicurezza e l'affidabilità dei prodotti elettronici che richiedono un monitoraggio preciso e robusto della corrente, una bassa tensione di offset, una bassa deriva, un'elevata larghezza di banda e un alto rapporto di reiezione di modo comune.