מגברי חישת-זרם עבור יישומים מוגבלים במקום

אין אחד שרוצה מוצרים אלקטרוניים מגושמים ויעילים פחות. יצרנים רוצים שמתכננים ימצאו את הדרך כיצד להתאים רכיבים בעלי ביצועים גבוהים בחתימות שטח קטנות יותר מבלי לפגוע בפונקציונליות. המנדט, במילים אחרות, הוא‏ למצוא את הדרך כיצד לעקוף את האתגרים של אספקת יישומים אלקטרוניים מוגבלים במקום עם דיוק גבוה יותר. מסיבה זו, מגברי חישת-זרם הם קריטיים עבור ניהול הספק יעיל, עבודה בטוחה ובקרת מנוע רגיש לרעש.

מגברי חישת-זרם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים כמו ניהול סוללה, הגנת זרם-יתר וגילוי תקלות. על ידי מדידת והגברת מפל המתח על פני נגד‏ מצד (shunt resistor), הם משחקים תפקיד‏ חיוני בהגנת מעגלים.

מוערכים על גודלם הקטן ועלותם הנמוכה, מגברי חישת-זרם הם פשוטים יחסית למימוש, אך ישנם אתגרים כמו מגבלות רוחב-פס, מזעור רעש חשמלי והפרעות, ותגובת מתח אות-משותף גבוהה. ובכן, בחירת מגבר חישת-הזרם המתאים היא חשובה עבור הצלחת היישום.

קביעת ההתאמה הנכונה מתחילה עם זיהוי מאפייני מפתח של היישום:

• טווח הזרם המקובל ומתח הכניסה המרבי שנסבל על ידי ההתקן
• תנאים סביבתיים והתאמת ביצועים אמינים לתחום הטמפרטורות המבוקש
• מפרטי מגבר העומדים באילוצי התכנון, כולל גודל מארז, רוחב-פס, זרם רוגע ודיוק
• האם להשתמש בחישת זרם צד-גבוה או צד-נמוך בהתבסס על דרישות הדיוק, הבידוד וקלות המימוש

Analog Devices, Inc.‎ ‏(ADI) מספקת מערך של מגברי חישת-זרם מתוכנן עבור מגוון רחב של יישומים המבצעים מדידות זרם דו-כיווניות ביישומי תעשייה ורכב שונים ‏(מוסמך AEC-Q100‏).

ה-AD8410A וה-AD8411A ניתנים לשימוש עבור מדידות AC‏ ו-DC כאחד, בנויים לעבוד בתחום טמפרטורות רחב עם שגיאת הגבר מינימלית, ומתאפיינים בתחום מתחי אספקה רחב כדי להתאים לדרישות מערכת שונות. שניהם משתמשים ב-trim core‏ (™DigiTrim) בחבילה המספקת סחיפת היסט (offset drift) אופיינית של µV/°C ‏0.26‎± במלוא תחום טמפרטורות העבודה ובתחום מתחי האות-המשותף, ללא צורך ב-chopping ושעוני auto-zero שעלולים לגרום לרעש מוגבר והשפעות שליליות אחרות.

ל-AD8410A (איור 1‏) יש הגבר התחלתי של‏ 20‎ V/V ורוחב-פס של‏ MHz‏ 2.2‏.

איור 1: מגבר חישת-זרם AD8410A של ADI. (מקור תמונה: .Analog Devices, Inc‏)

ה-AD8411A (איור 2) מציע הגבר התחלתי של ‎50 V/V ורוחב-פס של 2.7‎ MHz, תוך אספקת גמישות ורגישות גבוהות יותר.

איור 2: מגבר חישת-זרם AD8411A של ADI. (מקור תמונה: .Analog Devices, Inc‏)

ה-AD8410A/11A יכולים לשמש עבור יישומי חישת זרם צד-גבוה וצד-נמוך כאחד. הם מתאימים עבור חישת זרם בפאזה או צד-גבוה ביישומים שונים כגון בקרת מנוע, ממירי DC/DC‏ דו-כיווניים, בקרי סולנואיד וניטור פס מתח.

הם ישימים גם לחישת זרם בקו (Inline) בדוחפי מנוע DC ללא מברשות (BLDC) כדי למדוד את זרימת הזרם דרך ליפופי המנוע, שחיונית עבור בקרה מדויקת ומיטוב ביצועים.

מגברי חישת-זרם מתח-גבוה, רוחב-פס-גבוה, מתוכננים עבור יישומי מדידת זרם מדויקים, מאפשרים בקרת מומנט מדויקת, שימוש במנועים‏ ומשרנים קטנים יותר, ויישומים חכמים יותר המונעים על ידי מנועים. על ידי שימוש‏ בארכיטקטורה ייחודית, הם יכולים להגביר במדויק מתחי מצד זרם הפרשיים קטנים בנוכחות מתחי אות-משותף משתנים במהירות.

רוחב-פס גבוה יותר מאפשר חישת זרם מדויקת יותר בתדרי מיתוג גבוהים במנועי DC, שרתי AI וממירי DC/DC‏. התוצאה היא דיוק גבוה יותר של ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC), במיוחד ביישומים עם תדרי מיתוג אפנון רוחב פולס (PWM) מהירים יותר ומתחים גבוהים.

בעוד תדרי מיתוג גבוהים יותר יכולים לגרום לעיתים קרובות להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI‏) גדולות יותר, מגברי חישת-הזרם AD8410A/11A מתוכננים עם מאפיינים לטפל באתגר זה. הם בעלי יחס דחיית אות-משותף (CMRR) גבוה של‏ 123‎ dB ‏מ-‎2 V− עד ‎70 V+ כדי לעזור לדחות רעש ולשפר ביצועי EMI, דבר ההופך אותם מתאימים עבור יישומים בסביבות חשמליות רועשות בהן EMI‏ עלולה להשפיע על הדיוק שלהם. הם נוטים פחות לרעש אינטרמודולציה ומצמצמים את השימוש במסננים נוספים.

ה-AD8410A וה-AD8411A חולקים את אותה חבילת אפשרויות ומאפיינים כגון הגנת מתח-יתר ו‏פונקציית אפשור/השבתה. מתוכננים לעבוד מאספקה‏ יחידה של ‎2.9 V עד ‎5.5 V‏ ‏בתחום טמפרטורות תעשייתי של‏ 40‎°C− עד ‎125°C+, הם זמינים במארזים קומפקטיים 8‏-רגליים מוליכות, Standard Small Outline Package‏ [SOIC_N] ו-8-רגליים מוליכות Standard Small Outline Package‏ [SOIC_N]‏ עם פד חשוף עבור ביצועים תרמיים משופרים.

עבור מערכות בקרת מנוע הדורשות מדידת זרם מדויקת ומשוב—כגון מערכות הינע תעשייתיות, רובוטיקה או כלי רכב חשמליים—ה-AD8410A/11A יכולים לטפל במתחי אות-משותף מאספקת המנוע ולספק יציאה ליניארית‏ פרופורציונלית לזרם דרך נגד המצד. ה-AD8411A יכול לשמש כשיש צורך בהגבר‏ גבוה יותר עבור נגדי מצד קטנים יותר או תחומי זרם נמוכים יותר.

מערכות ניהול סוללה המנטרות את זרמי הטעינה והפריקה של תאי‏ סוללה או חבילות סוללות יכולות להפיק תועלת מהיכולת של‏ ה-AD8410A/11A למדוד את המתח הדיפרנציאלי על פני נגד‏ מצד בטור עם הסוללה כדי לספק חישת זרם מדויקת ומהירה. ה-AD8411A יכול לשמש כשדרושה‏ רזולוציה גבוהה יותר עבור רמות זרם נמוכות או סוללות קיבולת-גבוהה.

עבור מעגלי ניטור והגנה על ספקי-כוח המזהים מצבי זרם-יתר או קצר מעגל, ה-AD8410A/11A יכולים לחוש את הזרם הזורם דרך עומס או מתג ולספק אות זיהוי תקלה או בקרת משוב. ה-AD8411A יכול לשמש כשיש צורך בזמן תגובה מהיר יותר או רגישות גבוהה יותר עבור היישום.

לוח הערכת מגבר חישת-זרם של ADI

מתכננים יכולים להפיק תועלת מלוח ההערכה של ADI‏, שמאפשר למתכננים להעריך את הביצועים של‏ מגברי חישת-הזרם AD8410 ו-AD8411 בתרחישים שונים.

לוחות ה-AD8410AR-EVALZ‏ (SOIC) (איור 3‏), AD8410ARM-EVALZ‏ (MSOP‏), AD8411AR-EVALZ‏ (SOIC) ו-AD8411ARM-EVALZ‏ (MSOP‏) מתוכננים עבור הגדרת תצורה קלה של‏ אופני עבודה ועומסים שונים.

איור 3: לוח הערכה AD8410AR-EVALZ של ADI. (מקור תמונה: .Analog Devices, Inc‏)

באמצעות לוחות אלה, מתכננים יכולים לחקור את המאפיינים והיתרונות של‏ מגברי חישת-הזרם AD8410 ו-AD8411 בסביבה מעשית. ניתן להלחים אל הלוח מצד בגודל‏ מקסימלי סטנדרטי של‏ ‎,2818‏ וניתן לבחור את אופן העבודה לחישת זרם חד-כיוונית או דו-כיוונית.

סיכום

מגברי חישת-זרם AD8410 ו-AD8411 של ADI הם התקני ביצועים-עיליים ורב-תכליתיים הניתנים לשימוש עבור‏ מגוון רחב של יישומים הדורשים מדידת זרם מדויקת ואמינה. מגברים אלה תומכים ביישומי חישת זרם צד-גבוה וצד-נמוך ויכולים לעזור לשפר נצילות, בטיחות ואמינות של‏ מוצרים אלקטרוניים הדורשים ניטור מדויק ואיתן, מתח היסט נמוך, סחיפה נמוכה, רוחב-פס גבוה ויחס דחיית אות-משותף גבוה.