如何以毫微功率预算实现精密测量——第2部分:应用毫微功耗运算放大器帮助电流感应
时间:2018-05-11 17:01来源:21Dianyuan
摘要:在第二部分中,我们将回顾电流感应的一些基础知识,并介绍如何在提供精确读数的同时,利用运算放大器来实现系统功耗最小化。
在本系列文章的第一部分,我们讨论了直流增益中偏移电压(VOS)和偏移电压漂移(TCVOS)的结构,以及如何选择具有理想精确度的毫微功耗运算放大器(op amp),从而使放大后低频信号路径中误差最小化。在第二部分中,我们将回顾电流感应的一些基础知识,并介绍如何在提供精确读数的同时,利用运算放大器来实现系统功耗最小化。
电流感应
设计者通过将一个非常小的“分流”电阻串联在负载上,在两者之间设置一个电流感应放大器或运算放大器,实现用于系统保护和监测的电流感应。虽然专用的电流感应放大器能够发挥十分出色的电流感应作用,但如果特别注重功耗的情况下,精密的毫微功耗运算放大器则是理想的选择。
有两个位置可以根据负载放置分流电阻:负载与电源之间(图1),或者负载与接地之间(图2)。
在这两种情况下,为了利用已知阻值的电阻来感应电流,通过运算放大器来测量分流电阻两端的电压。运用欧姆定律(公式1),可以确定电流消耗:
其中 V 表示电压,I 表示电流,R 表示电阻。
选择分流电阻和运算放大器,这样它们对电路的性能影响最小。在选择电阻时,根据以下两个条件选用低值电阻:
尽量将电阻两端的压降保持在低水平,使负载的负极在低侧感应时尽可能靠近接地,或者在高侧感应时尽可能靠近电源。
保持低功耗。从公式2可以看出,由于你要测量的是电流,因此它是一个自变量,所以电阻应尽可能小:
这里要说明一点:由于你要测量电流而不是让电流最小化(如我再第一部分中所做的),所以你必须将电阻值最小化,才能让功耗最小化—这与DC增益配置中功耗管理的思路相反。
超低功耗电流测量技术广泛应用于移动电源、手机等终端设备的电池充电和监测,也可以用于保证工业物联网应用的正常运行。
那么在选择电阻值时,可以压到多低呢?简单地说,电阻两端的压降应当大于你所用运算放大器的偏移电压。
示例
假设你要进行低侧差动电流测量(图3),以确保系统中不存在短路和开路。为了简易起见,本示例选用简单的数字,忽略诸如电阻容差之类的参数。
电源电压为3.3V。在正确操作的情况下,系统得出最大电流值为10mA;你不想要有效接地,使负载高于100µV。你首先要明白一点,分流电阻的压降(由于电流)必须小于或等于100µV。
如果你使用公式3来确定最大分流电阻:
则有效接地为100µV,如公式4所示:
您必须选用运算放大器,它能够检测到这种压降的变化,表明是否存在故障。由于系统处于正常工作状态时,负载电流在其典型值±10%范围内。当电流变化至少10%时,运算放大器就可以检测出感应电阻两端的电压变化。
如果存在故障(如:开路,低电流导致的欠压,高电流导致的短路或掉电),公式5表示电流的变化(IΔ):
公式6计算出VSHUNT压降的变化:
在这个例子中,我会选择LPV821零漂移毫微功耗放大器。其零漂移技术可实现仅10µV的最大偏移电压,从而检测到故障情况。零漂移运算放大器是高精度(<100µV)测量的理想选择。此外,LPV821也是一种毫微功耗放大器,你可以让它一直处于开启状态,持续准确地感测电流,对系统功率预算的影响很小。
感谢阅读“如何以毫微功耗运算放大器实现精密测量”系列的第二部分。我们希望这一系列文章能够为你提供一些关于在直流增益和低侧电流传感应用中使用毫微功耗零漂移运算放大器的益处的见解。如果你对精密测量存在疑问,请注册并留言,或访问TI E2E中文社区放大器论坛。
其它资源
下载 LPV821 的数据表。
阅读如下TI技术说明,了解运算放大器在电流感应应用中的更多配置或了解毫微功率预算的设计:
“在便携应用中使用毫微功耗零漂移放大器监控电池电压和电流的优势。”
“非中性电灯开关的电流感应。
“采用毫微功耗运算放大器简化功耗敏感型工业分析系统的测量方式。”
查看所有的 TI放大器器件。
电流感应
设计者通过将一个非常小的“分流”电阻串联在负载上,在两者之间设置一个电流感应放大器或运算放大器,实现用于系统保护和监测的电流感应。虽然专用的电流感应放大器能够发挥十分出色的电流感应作用,但如果特别注重功耗的情况下,精密的毫微功耗运算放大器则是理想的选择。
有两个位置可以根据负载放置分流电阻:负载与电源之间(图1),或者负载与接地之间(图2)。
图1:高侧电流感应
图2:低侧电流感应
在这两种情况下,为了利用已知阻值的电阻来感应电流,通过运算放大器来测量分流电阻两端的电压。运用欧姆定律(公式1),可以确定电流消耗:
选择分流电阻和运算放大器,这样它们对电路的性能影响最小。在选择电阻时,根据以下两个条件选用低值电阻:
尽量将电阻两端的压降保持在低水平,使负载的负极在低侧感应时尽可能靠近接地,或者在高侧感应时尽可能靠近电源。
保持低功耗。从公式2可以看出,由于你要测量的是电流,因此它是一个自变量,所以电阻应尽可能小:
超低功耗电流测量技术广泛应用于移动电源、手机等终端设备的电池充电和监测,也可以用于保证工业物联网应用的正常运行。
那么在选择电阻值时,可以压到多低呢?简单地说,电阻两端的压降应当大于你所用运算放大器的偏移电压。
示例
假设你要进行低侧差动电流测量(图3),以确保系统中不存在短路和开路。为了简易起见,本示例选用简单的数字,忽略诸如电阻容差之类的参数。
图3:低侧差动电流测量
电源电压为3.3V。在正确操作的情况下,系统得出最大电流值为10mA;你不想要有效接地,使负载高于100µV。你首先要明白一点,分流电阻的压降(由于电流)必须小于或等于100µV。
如果你使用公式3来确定最大分流电阻:
则有效接地为100µV,如公式4所示:
如果存在故障(如:开路,低电流导致的欠压,高电流导致的短路或掉电),公式5表示电流的变化(IΔ):
公式6计算出VSHUNT压降的变化:
在这个例子中,我会选择LPV821零漂移毫微功耗放大器。其零漂移技术可实现仅10µV的最大偏移电压,从而检测到故障情况。零漂移运算放大器是高精度(<100µV)测量的理想选择。此外,LPV821也是一种毫微功耗放大器,你可以让它一直处于开启状态,持续准确地感测电流,对系统功率预算的影响很小。
感谢阅读“如何以毫微功耗运算放大器实现精密测量”系列的第二部分。我们希望这一系列文章能够为你提供一些关于在直流增益和低侧电流传感应用中使用毫微功耗零漂移运算放大器的益处的见解。如果你对精密测量存在疑问,请注册并留言,或访问TI E2E中文社区放大器论坛。
其它资源
下载 LPV821 的数据表。
阅读如下TI技术说明,了解运算放大器在电流感应应用中的更多配置或了解毫微功率预算的设计:
“在便携应用中使用毫微功耗零漂移放大器监控电池电压和电流的优势。”
“非中性电灯开关的电流感应。
“采用毫微功耗运算放大器简化功耗敏感型工业分析系统的测量方式。”
查看所有的 TI放大器器件。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:10023
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8795
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9426
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7090
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5850
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4076
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37826
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43116
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:59987
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:127886
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107495
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100176