Apportez des amplificateurs de détection de courant TI: amplificateur analogique de détection de courant, moniteurs de puissance numériques
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I. Principes de base de la détection du courant
Tous les dispositifs de détection de courant TI utilisent la méthode d'échantillonnage de la résistance de shunt, partageant le même principe de base: une résistance de shunt de haute précision et de faible valeur est connectée en série au circuit de charge;Comme le courant circule à travers la résistance, une différence de tension minime est générée; le dispositif capte ce signal de tension différentielle, qui est ensuite amplifié, filtré et calibré pour calculer le courant.
Comparée aux solutions de détection à effet Hall, l'approche d'échantillonnage par résistance ne présente pas d'erreur d'hystérésis, une dérive de température plus faible, des temps de réponse plus rapides et une structure plus simple.Il convient à un large éventail d'applications, de basse à haute tension et de petits à grands courants, et est la solution dominante pour la détection de courants industriels de haute précision.En fonction des méthodes de traitement et de sortie du signal ultérieures, la gamme de produits est divisée en deux grandes lignes: les architectures analogiques et numériques.
II. Amplificateur de courant analogique
1. Architecture et principe de fonctionnement
Un amplificateur analogique de sens du courant est un dispositif purement analogique qui intègre un amplificateur opérationnel différentiel de haute précision, un circuit de configuration de gain,circuits de filtrage et circuits de rejet en mode communL'appareil prend des échantillons de la tension différentielle minime à travers la résistance de shunt; après amplification via un gain fixe ou programmable, il produit directement un signal de tension analogique,d'une tension de sortie présentant une relation strictement linéaire avec le courant détecté.
Ces dispositifs ne nécessitent ni horloge ni programmation et sont opérationnels immédiatement après mise sous tension; l'acquisition de courant peut être réalisée simplement en connectant un microcontrôleur externe ADC,ce qui en fait une solution de détection de courant extrêmement simple et hautement réalisteIl prend en charge les topologies de détection des côtés haut et bas: la détection du côté haut permet de surveiller les failles de la terre de charge, tandis que la détection du côté bas offre une conception de circuit plus simple et un coût inférieur.
2Principales caractéristiques Avantages
- Réponse en temps réel ultra-haute: sans retard d'échantillonnage par ADC ni retard de traitement numérique, la bande passante peut atteindre jusqu'à la plage MHz,permettant la capture de pics de courant transitoires et de courants pulsés, et le rendant adapté aux applications dynamiques à haute fréquence telles que la commutation d'aliments et les entraînements moteurs
- Large plage de tension commune: les amplificateurs de détection analogiques haut de gamme de TI supportent une plage de tension commune ultralarge allant de 5 V à 110 V, ce qui les rend adaptés à 12 V,Autobus industriels 24 V et 48 V et systèmes à haute tension en courant continu; ils maintiennent un taux de rejet de mode commun (CMRR) élevé même en fonctionnement à haute tension, offrant une immunité exceptionnelle aux interférences
- faibles écarts d'erreur et faible dérive: dotés d'une architecture à dérive nulle, ces amplificateurs offrent une dérive de température faible et une tension de décalage faible,assurant une grande précision de mesure sur toute la plage de températures et répondant aux exigences de précision de qualité industrielle sans avoir besoin d'une étalonnage complexe
- Une forte immunité PWM: certains modèles haut de gamme intègrent une suppression PWM améliorée,supprimer efficacement le bruit de commutation PWM des moteurs et des circuits d'onduleur pour éviter les vibrations et les distorsions du signal
- Détection bidirectionnelle du courant: prend en charge l'échantillonnage de courant avant et arrière, adapté à des applications telles que la charge et la décharge de la batterie et la conversion bidirectionnelle de la puissance
3. Modèles de produits TI typiques
- INA241A: Amplificateur de courant analogique phare de haute précision avec une tension de mode commun allant de 5 V à 110 V; prend en charge la détection bidirectionnelle et dispose d'une suppression PWM améliorée intégrée;d'une puissance de sortie supérieure à 50 W,
- INA225: amplificateur de surveillance analogique à gain programmable de 36 V; prend en charge la surveillance indépendante de la tension d'alimentation et l'échantillonnage bidirectionnel du courant;pour une utilisation dans les appareils électroménagers
- INA2290: amplificateur de surveillance de haute précision à double canal; fonctionne sur une large plage de tension d'alimentation de 2,7 V à 120 V avec une large bande passante de 1,1 MHz;d'une puissance de sortie supérieure à 50 W
4. Scénarios d'application typiques
Principalement utilisés dans les scénarios de contrôle en circuit fermé en temps réel, de protection contre les surtensions à grande vitesse et de surveillance du courant dynamique, y compris le contrôle du courant constant dans les alimentations en commutation,régulation de la boucle de courant dans les servomoteurs, contrôle de la charge et de la décharge rapides des batteries lithium-ion, protection instantanée contre les surtensions dans les équipements industriels et échantillonnage de courant dans les circuits d'onduleurs à haute fréquence.
III. Moniteur numérique de puissance
1. Architecture et principes de fonctionnement
Le moniteur de puissance numérique est un dispositif de détection intelligent intégré qui, s'appuyant sur un circuit d'échantillonnage frontal analogique, intègre un ADC Σ-Δ de haute précision, un microprocesseur,une unité de mémoire et une interface de communication numérique. Après avoir reçu le signal de tension de la résistance de shunt, le dispositif effectue de manière autonome la conversion analogique en numérique, le traitement des données et l'étalonnage des erreurs,à sortie directe de paramètres numériques tels que le courant, tension, puissance, énergie et température, sans avoir besoin d'un ADC externe.
Ces dispositifs prennent en charge des fonctions telles que des fréquences d'échantillonnage programmables, des filtres de moyenne, des alarmes de seuil et une intégration énergétique, permettant une surveillance complète et indépendante des systèmes d'alimentation.Ils communiquent avec les microcontrôleurs et les ordinateurs hôtes via des bus standard tels que I2C et SPI, simplifiant considérablement l'architecture matérielle du système.
2Principales caractéristiques et avantages
- surveillance multiparamétrique intégrée: une seule puce acquiert simultanément le courant de dérivation et la tension de bus, calculant automatiquement la puissance instantanée, l'énergie cumulée et la charge;certains modèles prennent en charge la surveillance de la température de la puce, permettant une surveillance complète de l'état du système d'alimentation électrique
- précision de mesure ultra-haute: équipé d'un ADC de haute précision de 16 à 20 bits, offrant une plage dynamique allant jusqu'à 120 dB,supportant une mesure de haute précision sur une large gamme de courants allant de courants minimes à élevés, ce qui le rend approprié pour les applications de mesure de la consommation d'énergie de précision
- Fonctions intelligentes étendues: Prend en charge les intervalles d'échantillonnage programmables, le filtrage à plusieurs moyennes, les alarmes de seuil de surcourant/surtension/soustension, le blocage des données et l'accumulation d'énergie,permettant le diagnostic autonome des défauts et le stockage des données
- Communication par bus minimaliste: les interfaces I2C et SPI standardisées prennent en charge la mise en réseau par bus de plusieurs appareils; la surveillance de plusieurs sources d'alimentation ne nécessite pas de câblage analogique étendu,Réduction significative de la complexité du matériel et des interférences de câblage
- Fonctionnement à faible consommation d'énergie: prend en charge le mode veille avec des courants de fonctionnement et d'arrêt extrêmement faibles, ce qui le rend approprié pour les appareils de surveillance IoT à batterie et à faible consommation
3. Modèles de produits TI typiques
- INA238: 85V, moniteur numérique de puissance de 16 bits de haute précision avec interface I2C; prend en charge la surveillance du courant, de la tension et de la puissance ainsi que les alarmes de seuil;d'une puissance de sortie supérieure ou égale à 1 kVA
- INA229: moniteur ultra haute précision de 20 bits avec interface SPI haute vitesse; supporte l'accumulation d'énergie et de charge avec un taux de conversion programmable;d'une puissance de sortie supérieure à 50 W,
- INA4230: Moniteur de courant numérique 16 bits à quatre canaux avec échantillonnage synchrone multicanal, adapté aux scénarios de surveillance par lots impliquant plusieurs sources d'alimentation et équipements multifonctions
4. Scénarios d'application typiques
Principalement utilisé dans la mesure de la consommation d'énergie de haute précision, le diagnostic de l'état de l'alimentation électrique et les scénarios de surveillance intelligente de la consommation d'énergie,y compris la surveillance de l'alimentation électrique des serveurs et des centres de données, statistiques de consommation d'énergie pour les batteries de stockage d'énergie, analyse de la consommation d'énergie des équipements industriels, surveillance de l'alimentation pour les terminaux IoT et détection de l'état de santé des batteries.
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