Прецизионная схема измерения и контроля тока с использованием IC NCS21xR

Если вы ищете токовые шунтирующие мониторы или усилители считывания тока, то вы попали на правильную страницу.

Монитор токового шунта - это инструментальный усилитель, который чувствует текущий через шунтирующий резистор в системе и преобразует его в логический выходной сигнал для запуска переключающего устройства, такого как реле, транзистор или тиристор.

Переключающее устройство используется для отключения или отключения причины нарастания тока через шунтирующий резистор, тем самым обеспечивая защиту устройства, которое контролируется усилителем считывания.

Зачем нам нужно измерение тока и где мы можем использовать текущие шунтирующие мониторы:

• Управление питанием в DC-DC преобразователи и низкий отсев (LDO) регуляторы напряжения
• Ноутбук, планшеты и другие устройства связи.
• Электрические транспортные средства
• Зарядные устройства для контролировать зарядку и разрядку .
• Чтобы отрегулировать правильное положение соленоида в цепях
• Чтобы контролировать требования к мощности двигателя и контролировать скорость в системе управления двигателем.
• Почувствуйте ток для защиты от ненормального внезапного всплеск тока в системе, что может повредить систему.
• Измерьте ток и измерьте мощность с помощью ваттметра.

Если вы любитель, электрик, студент или профессиональный инженер, «NCS21xR и NCV21xR» Семейство микросхем ON Semiconductor - лучшее решение для вас.

Это мониторы выходного напряжения и токового шунта, которые могут контролировать напряжения на шунтирующем резисторе.

Независимо от источника питания, операционный усилитель NCS21 может измерять напряжение от -0,3 до 26 В в обычном режиме. Чтобы измерить или измерить ток в цепи, у вас есть два варианта:

Измерение нижней стороны - это самый простой и недорогой метод, при котором вы можете подключить простой операционный усилитель .

В цепь измерения тока может быть подключен между нагрузкой и землей. В дискретных операционных усилителях (ОУ) соединение шунта с землей может вызвать шум, но эта проблема решена в NCS21xR.

При измерении тока на стороне высокого напряжения цепь монитора должна быть подключена между источником питания и нагрузкой.

Микросхема NCS21xR очень полезна для измерения тока как с высокой, так и с низкой стороны.

Серия микросхем NCS21xR представляет собой высокочувствительные токовые шунтирующие устройства, которые можно использовать для точных измерений тока.

Характерные черты:

Некоторые ключевые особенности микросхем NCS21xR и NCV:

• Рабочее напряжение от + 2,2 В до + 26 В
• Очень широкий диапазон рабочих температур (от -40 ° C до + 125 ° C)
• Потребляемый ток от 40 мкА до 80 мкА лучше всего подходит для устройств с батарейным питанием (датчики, ноутбук и т. Д.)
• Хороший динамический диапазон выхода rail-to-rail (RRO) для работы усилителя с сигналами.
• Малый дрейф смещения (0,5 мкВ / ° C) делает его идеальным для множества прецизионных и портативных приложений.
• Требуется очень низкое напряжение смещения ± 35 мкВ на входе, чтобы на выходе было 0.

Функции и конфигурация PIN-кода:

Микросхемы NCS21xR и NVC21xR доступны в двух конфигурационных пакетах, SC70-6 и UQFN10, как показано на рисунке.

Контакты IN- и IN + должны быть подключены к шунтирующему резистору в цепи. Контакты Vs и GND предназначены для питания ИС для работы.

Вывод OUT предназначен для выходного сигнала усилителя.

REF контактный должен быть соединен с землей в однонаправленной операции и в двунаправленной операции REF должен быть соединен с опорным напряжением контура.

Как выбрать шунтирующий резистор:

Выбор шунтирующего резистора является ключевым фактором для получения точного измерения тока.

Точность измерения тока зависит от размера и номинала шунтирующего резистора.

Если вы выберете большее значение резистора, вы сможете получить более точное измерение, но большее сопротивление может привести к потерям тока.

Производитель рекомендует использовать четырехполюсный резистор.

Он будет предлагать 2 клеммы для пути тока в цепи и две клеммы для пути обнаружения напряжения для считывания усилителем.

Однонаправленная работа:

В однонаправленной работе ток течет только в одном направлении, как в цепях питания и в цепях контроля тока нагрузки. Чтобы подключить NCS21 для однонаправленной работы, выполните следующие действия:

1. Подключите шунтирующее сопротивление и источник питания нагрузки к дифференциальным входным контактам ИС.
2. Соедините контакт REF с землей.
3. Обеспечьте питание для IC через контакты Vs и GND. ИС может питаться от отдельного источника питания или от того же источника питания нагрузки.
4. Если вы хотите обнаружить ток короткого замыкания в источнике питания нагрузки, используйте отдельный источник питания для ИС.

Выход 1: Если вывод REF заземлен и через сопротивление шунта не проходит ток, то выход NCS21xR будет в пределах 50 мВ.

Выход 2: Когда через сопротивление шунта проходит ток, на выходе будет до 200 мВ приложенного напряжения питания VS.

Двунаправленная работа:

В двунаправленном токовом шунтовом мониторе схема работает как при отрицательном, так и при положительном синфазном напряжении.

Двунаправленные цепи контроля токового шунта используются в системе зарядки аккумулятора для обнаружения тока в обоих направлениях (во время зарядки и разрядки).

Выходной сигнал при двунаправленном режиме работы изменяется между отрицательным и положительным напряжением вокруг напряжения смещения, приложенного к выводу REF. Для двунаправленной работы контакты NCDS21xR должны быть подключены следующим образом:

1. Подключите шунтирующее сопротивление и источник питания нагрузки к контактам дифференциального входа (IN- и IN +) ИС.
2. Напряжение цепи опорной должна быть подключена к REF штифту, схема должна быть низким импедансом.
3. REF штырь может быть соединены последовательно или шунта к источнику опорного напряжения или непосредственно к какой-либо напряжения питания.
4. Обеспечьте питание для IC через контакты Vs и GND.

Выход: Если напряжение превышает напряжение (Vs + 0,3 В) на выводе REF, тогда оно смещает вперед диод, подключенный между выводами REF и Vs.

Фильтрация ввода и вывода:

Фильтрация входного и выходного сигнала очень важна для устройств и схем связи.

Входные дифференциальные сигналы при синфазном напряжении могут быть усилены во время измерения на стороне высокого напряжения.

Устройства могут усиливать небольшие напряжения и шум на очень высоком уровне через шунт, что может привести к ошибке измерения тока.

Для повышения точности измерения необходимо фильтровать входной тракт измерения тока.

Реализация фильтров может быть выполнена путем добавления резистора фильтра, как показано на рисунке.

Неправильный выбор резистора фильтра может привести к неточному усилению. Рекомендуется, чтобы значение входного резистора было меньше или равно 10 Ом.

Можно добавить конденсатор, чтобы согласовать постоянную времени шунтирующего резистора. Для фильтрации высокочастотного шума емкость конденсатора должна быть увеличена до значения, обеспечивающего требуемую фильтрацию.

Переходные процессы, превышающие 30 вольт:

NCS21xR предлагает возможность разработки схемы для приложений, имеющих переходные синфазные напряжения более 30 вольт.

К Стабилитрон или диоды подавления переходных напряжений (TVS) могут быть размещены с внешним входным резистором 10 Ом. У вас есть два варианта ремонта диодов:

Вариант 1: закрепите один TVS-диод с двумя диодами на усилителе, как показано зеленым на рисунке ниже:

Вариант 2: добавить к TVS-диодам, как показано синим цветом на рисунке ниже.

Выключение NCS21xR:

К логический вентиль или же МОП-транзистор выключатель питания или транзистор с фиксацией может быть сконфигурирован с выводом OUT NCS21xR для отключения питания ИС и защиты связанной схемы от обнаруженной ситуации перегрузки по току.