Opções de Amplificadores de Detecção de Corrente para Regulação Precisa de Potência

Muitos projetistas se concentram tanto na parte divertida do design de PCB: selecionar processadores e memórias, rotear interfaces de alta velocidade, adicionar capacidades de RF... a lista continua. Mas uma coisa que às vezes pode ser negligenciada é a sua estratégia de regulação de energia. Reguladores de energia são tão estáveis quanto a sua tensão de entrada. Se a sua tensão de entrada tiver grandes flutuações ou se espera que ela caia durante a vida útil do dispositivo, você precisa encontrar alguma maneira de estabilizar a saída para o valor desejado.

Para sistemas de baixa tensão, ou em sistemas onde a queda de tensão é relativamente pequena (talvez 20% da saída desejada) a estratégia seria regular a tensão de entrada para algum valor desejado, e então regular a saída usando um LDO. Uma vez que você introduz um LDO, você terá um regulador linear ineficiente que pode gerar muito calor. Usar apenas um LDO é suficiente apenas quando o headroom é bastante baixo.

Existe uma opção melhor para regular a energia em um sistema onde a entrada pode variar em uma ampla gama de valores. Isso envolve um amplificador de detecção de corrente, que pode então ser usado no loop de feedback de um regulador chaveado. Ao usar um amplificador de detecção de corrente, você pode regular a energia injetada no loop de feedback do regulador, ou usar a saída para controlar um sinal PWM com um MCU. Aqui estão algumas opções de amplificadores de detecção de corrente para o seu próximo regulador de energia.

Como Usar um Amplificador de Detecção de Corrente

O propósito de um amplificador de detecção de corrente é bastante direto: ele emite uma tensão que é proporcional à corrente na entrada do dispositivo. A corrente nesses sistemas pode ser medida usando um resistor de precisão externo ou interno. Esses são basicamente circuitos de op-amp que tomam uma medição de tensão como entrada, e a saída é amplificada usando feedback. Se você estiver se sentindo aventureiro, certamente poderia construir seu próprio amplificador de detecção de corrente a partir de componentes discretos, embora uma variedade de amplificadores de detecção de corrente esteja disponível de grandes fabricantes de ICs. Esses ICs oferecem uma gama de saídas de tensão e corrente, e podem ser facilmente integrados em circuitos reguladores de alta potência.

Onde um amplificador de detecção de corrente precisa estar em um design de regulador de energia? A resposta é: no loop de feedback. Como um exemplo de aplicação, o amplificador pode ser usado para medir a corrente na saída de um regulador barato, e ele alimenta energia de volta para o circuito do regulador para ajustar a saída. Isso é mostrado no diagrama de blocos abaixo.

Amplificador de detecção de corrente usado para ajustar um sinal PWM, que é usado para controlar um regulador chaveado.

Alguns amplificadores de detecção de corrente são programáveis por uma interface padrão de alta velocidade. Em vez de ajustar um sinal PWM, o ganho na saída pode ser programado com outro dispositivo, como um MCU. Esses dispositivos também podem ser usados para regulação de potência sem um circuito integrado regulador padrão, ou seja, com feedback em um MOSFET de potência de comutação em um circuito de regulação personalizado.

Especificações Importantes de Amplificadores de Detecção de Corrente

Aqui estão algumas especificações importantes a considerar ao selecionar um amplificador de detecção de corrente e integrá-lo em um circuito de regulação de potência.

• Tensão máxima de entrada nominal: Um amplificador de detecção de corrente normalmente mede uma tensão através de um resistor de precisão, não a corrente diretamente. O limite de tensão de entrada deve ser maior que a saída do seu estágio regulador.
• Entrada de modo comum vs. modo diferencial: O modo comum é o tipo mais comum de entrada para energia DC e AC de baixa frequência.
• Ganho de saída: O ganho de saída é definido no nível de hardware e determinará qual nível de queda de tensão você pode compensar com o sistema.
• Corrente de polarização de entrada: A entrada é normalmente de alta impedância, portanto, deve atrair uma corrente muito baixa. Os valores típicos estão no nível de microampere.

Várias outras especificações são importantes, mas estas são o melhor ponto de partida para selecionar um componente para regulação de potência.

Opções de Amplificador de Detecção de Corrente

Texas Instruments, INA223

O amplificador de ganho de detecção de corrente programável INA223 da Texas Instruments opera até 26 V de entrada e inclui uma interface programável via SPI. Este dispositivo usa 3.3 V de entrada com um resistor de detecção externo para detecção de corrente do lado de alta. Note que o resistor do lado de alta precisa ser escolhido de forma que a tensão de entrada exceda a tensão de offset máxima de 10-20 mV (dependendo do ganho de saída). Um circuito de aplicação típico é mostrado abaixo.

Diagrama de aplicação de exemplo do datasheet do INA223.

Analog Devices, LTC6102

O amplificador de detecção de corrente LTC6102 da Analog Devices é um componente mais antigo adquirido da Linear, mas ainda está em produção e é uma excelente escolha para reguladores de tensão mais alta. A variante padrão permite entrada de 4 a 60 V, e a variante de alta tensão (LTC6102HV) opera de 5 a 100 V. Este componente tem uma largura de banda alta que vai de DC até ~200 kHz, e possui uma tensão de saída altamente estável em relação à temperatura.

Variação da corrente e tensão de saída com mudanças na temperatura para as variantes do amplificador de detecção de corrente LTC6102 e LTC6102HV. Do datasheet do LTC6102.

Maxim Integrated, MAX4172

O MAX4172 da Maxim Integrated é ideal para inclusão em um loop de feedback de regulador. Este componente fornece monitoramento de corrente de alta tensão com até 32 V de tensão de entrada. A corrente de escala completa e o fator de escala (tensão de saída/corrente de detecção) podem ser ajustados selecionando o resistor de detecção de alta tensão apropriado na saída do regulador. O erro de saída com este componente é de ~2% à temperatura ambiente e não excede +/-6% em temperaturas operacionais extremas.

Diagrama de bloco funcional do datasheet do MAX4172.

Existe uma ampla gama de CI reguladores de detecção de corrente para uso em diferentes faixas de corrente e tensão. Quando você estiver procurando pelos componentes necessários para regulação de potência, a Octopart estará aqui para ajudá-lo a encontrar os componentes de que precisa.

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