Tùy chọn Khuếch đại Cảm biến Dòng cho Điều chỉnh Công suất Chính xác

Nhiều nhà thiết kế tập trung quá nhiều vào phần thú vị của việc thiết kế PCB: lựa chọn bộ xử lý và bộ nhớ, định tuyến các giao diện tốc độ cao, thêm khả năng RF... danh sách còn dài. Nhưng một điều đôi khi bị lơ là là chiến lược điều chỉnh nguồn điện của bạn. Các bộ điều chỉnh nguồn chỉ ổn định bằng điện áp đầu vào của chúng. Nếu điện áp đầu vào của bạn có sự biến động lớn hoặc bạn mong đợi nó sẽ giảm trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị, bạn cần tìm cách nào đó để ổn định đầu ra với giá trị mong muốn.

Đối với các hệ thống điện áp thấp, hoặc trong các hệ thống mà sự giảm điện áp tương đối nhỏ (có thể 20% của đầu ra mong muốn) chiến lược sẽ là điều chỉnh điện áp đầu vào với một giá trị mong muốn, và sau đó điều chỉnh đầu ra sử dụng một LDO. Khi bạn giới thiệu một LDO, bạn sẽ có một bộ điều chỉnh tuyến tính không hiệu quả có thể tạo ra rất nhiều nhiệt. Sử dụng chỉ một LDO chỉ đủ khi khoảng trống là khá thấp.

Có một lựa chọn tốt hơn để điều chỉnh nguồn trong một hệ thống mà đầu vào có thể thay đổi trong một phạm vi rộng lớn. Điều này liên quan đến một bộ khuếch đại cảm biến dòng, có thể sau đó được sử dụng trong vòng lặp phản hồi của một bộ điều chỉnh chuyển mạch. Bằng cách sử dụng một bộ khuếch đại cảm biến dòng, bạn có thể điều chỉnh nguồn được tiêm vào vòng lặp phản hồi của bộ điều chỉnh, hoặc sử dụng đầu ra để kiểm soát một tín hiệu PWM với một MCU. Dưới đây là một số lựa chọn bộ khuếch đại cảm biến dòng cho bộ điều chỉnh nguồn tiếp theo của bạn.

Cách Sử Dụng Bộ Khuếch Đại Cảm Biến Dòng

Mục đích của bộ khuếch đại cảm biến dòng khá đơn giản: nó xuất ra một điện áp tỷ lệ với dòng điện ở đầu vào của thiết bị. Dòng điện trong các hệ thống này có thể được đo bằng một điện trở chính xác bên ngoài hoặc bên trong. Đây cơ bản là các mạch op-amp lấy một phép đo điện áp làm đầu vào, và đầu ra được khuếch đại sử dụng phản hồi. Nếu bạn cảm thấy mạo hiểm, bạn chắc chắn có thể tự xây dựng bộ khuếch đại cảm biến dòng của riêng mình từ các linh kiện rời rạc, mặc dù một loạt các bộ khuếch đại cảm biến dòng có sẵn từ các nhà sản xuất IC lớn. Các IC này cung cấp một loạt các đầu ra điện áp và dòng điện, và chúng có thể được tích hợp dễ dàng vào các mạch điều chỉnh nguồn công suất cao.

Bộ khuếch đại cảm biến dòng cần được đặt ở đâu trong thiết kế điều chỉnh nguồn? Câu trả lời là: trong vòng lặp phản hồi. Ví dụ, bộ khuếch đại có thể được sử dụng để đo dòng điện ở đầu ra từ một bộ điều chỉnh giá rẻ, và nó cung cấp nguồn trở lại vào mạch điều chỉnh để điều chỉnh đầu ra. Điều này được thể hiện trong sơ đồ khối dưới đây.

Bộ khuếch đại cảm biến dòng được sử dụng để điều chỉnh một tín hiệu PWM, được sử dụng để kiểm soát một bộ điều chỉnh chuyển mạch.

Một số bộ khuếch đại cảm biến dòng có thể lập trình qua giao diện tiêu chuẩn tốc độ cao. Thay vì điều chỉnh tín hiệu PWM, độ khuếch đại trên đầu ra có thể được lập trình bằng một thiết bị khác, chẳng hạn như một MCU. Những thiết bị này cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh công suất mà không cần một IC điều chỉnh tiêu chuẩn, tức là, với phản hồi vào một MOSFET công suất chuyển mạch trong một mạch điều chỉnh tùy chỉnh.

Thông số Kỹ thuật Quan trọng của Bộ Khuếch Đại Cảm Biến Dòng

Dưới đây là một số thông số kỹ thuật quan trọng cần xem xét khi chọn một bộ khuếch đại cảm biến dòng và tích hợp nó vào mạch điều chỉnh công suất.

• Điện áp đầu vào tối đa định mức: Một bộ khuếch đại cảm biến dòng thường đo điện áp qua một điện trở chính xác, không phải dòng điện trực tiếp. Giới hạn điện áp đầu vào nên lớn hơn đầu ra từ giai đoạn điều chỉnh của bạn.
• Đầu vào chế độ chung so với chế độ khác biệt: Chế độ chung là loại đầu vào phổ biến nhất cho DC và AC tần số thấp.
• Độ khuếch đại đầu ra: Độ khuếch đại đầu ra được định nghĩa ở cấp độ phần cứng và sẽ xác định mức độ giảm điện áp bạn có thể bù đắp với hệ thống.
• Dòng điện lệch đầu vào: Đầu vào thường có trở kháng cao, vì vậy nó nên rút một dòng điện rất thấp. Các giá trị điển hình ở mức microamp.

Một số thông số kỹ thuật khác cũng quan trọng, nhưng những thông số kỹ thuật này là điểm bắt đầu tốt nhất khi chọn một linh kiện cho điều chỉnh công suất.

Tùy Chọn Bộ Khuếch Đại Cảm Biến Dòng

Texas Instruments, INA223

Bộ khuếch đại cảm biến dòng có độ khuếch đại lập trình INA223 từ Texas Instruments hoạt động lên đến 26 V đầu vào và bao gồm một giao diện lập trình qua SPI. Thiết bị này sử dụng đầu vào 3.3 V với một điện trở cảm biến bên ngoài cho cảm biến dòng phía cao. Lưu ý rằng điện trở phía cao cần được chọn sao cho điện áp đầu vào vượt qua điện áp lệch tối đa 10-20 mV (tùy thuộc vào độ khuếch đại đầu ra). Một mạch ứng dụng điển hình được hiển thị bên dưới.

Sơ đồ ứng dụng ví dụ từ tài liệu dữ liệu INA223.

Analog Devices, LTC6102

Bộ khuếch đại cảm biến dòng LTC6102 từ Analog Devices là một linh kiện cũ hơn được mua lại từ Linear, nhưng vẫn đang được sản xuất và là một lựa chọn xuất sắc cho các bộ điều chỉnh điện áp cao hơn. Phiên bản tiêu chuẩn cho phép đầu vào từ 4 đến 60 V, và phiên bản điện áp cao (LTC6102HV) hoạt động từ 5 đến 100 V. Thành phần này có băng thông cao từ DC đến ~200 kHz, và nó có điện áp đầu ra ổn định cao so với nhiệt độ.

Biến đổi dòng và điện áp đầu ra theo sự thay đổi nhiệt độ cho các biến thể khuếch đại cảm biến dòng LTC6102 và LTC6102HV. Từ bảng dữ liệu LTC6102.

Maxim Integrated, MAX4172

MAX4172 từ Maxim Integrated là lý tưởng để bao gồm trong vòng phản hồi điều chỉnh. Thành phần này cung cấp giám sát dòng điện phía cao với điện áp đầu vào lên đến 32 V. Dòng điện toàn phần và hệ số tỷ lệ (điện áp đầu ra/dòng cảm biến) có thể được điều chỉnh bằng cách chọn điện trở cảm biến phía cao phù hợp trên đầu ra điều chỉnh. Lỗi đầu ra với thành phần này là ~2% ở nhiệt độ môi trường và không vượt quá +/-6% ở nhiệt độ hoạt động cực đoan.

Sơ đồ khối chức năng từ bảng dữ liệu MAX4172.

Có một phạm vi rộng lớn các IC điều chỉnh cảm biến dòng cho việc sử dụng trong các phạm vi dòng và điện áp khác nhau. Khi bạn đang tìm kiếm các thành phần bạn cần cho điều chỉnh công suất, Octopart sẽ ở đây để giúp bạn tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.