Amplificadores sensíveis à corrente para aplicações com restrição de espaço

Ninguém quer produtos eletrônicos mais volumosos e menos eficientes. Os fabricantes querem que os projetistas descubram como encaixar componentes de alto desempenho em espaços menores sem comprometer a funcionalidade. Em outras palavras, o objetivo é descobrir como contornar os desafios de fornecer aplicações eletrônicas com restrições de espaço e maior precisão. Para isso, os amplificadores sensíveis à corrente, ou amplificadores de detecção de corrente, são essenciais para o gerenciamento eficiente da energia, a operação segura e o controle do motor sensível ao ruído.

Os amplificadores sensíveis à corrente são amplamente usados em aplicações como gerenciamento de bateria, proteção contra sobrecorrente e detecção de falhas. Ao medir e amplificar a queda de tensão em um resistor shunt, eles desempenham um papel fundamental na proteção do circuito.

Valorizados por seu tamanho pequeno e baixo custo, os amplificadores sensíveis à corrente são relativamente simples de implementar, mas há desafios, como limitações da largura de banda, minimização de ruído elétrico e interferência e resposta de alta de tensão em modo comum. Portanto, a escolha correta do amplificador sensível à corrente é importante para o sucesso da aplicação.

A determinação da adequação certa começa com a identificação das principais características da aplicação:

• A faixa aceitável de corrente e a tensão máxima de entrada que podem ser toleradas pelo dispositivo
• Condições ambientais e adequação do desempenho confiável à faixa de temperatura desejada
• Especificações do amplificador que atendem às restrições do projeto, incluindo tamanho do invólucro, largura de banda, corrente quiescente e precisão
• Uso do sensor de corrente no lado de alta ou lado de baixa tensão com base nos requisitos de precisão, isolação e facilidade de implementação

A Analog Devices, Inc. (ADI) fornece um conjunto de amplificadores de detecção de corrente projetados para uma ampla gama de aplicações que realizam medições de corrente bidirecionais em várias aplicações industriais e automotivas (qualificação AEC-Q100).

O AD8410A e o AD8411A podem ser usados para medições de CA e CC, são construídos para operar em uma ampla faixa de temperatura com erro mínimo de ganho e apresentam uma ampla faixa de tensão operacional de alimentação para acomodar diferentes requisitos do sistema. Ambos utilizam um núcleo de ajuste no invólucro que fornece um desvio de offset típico de ±0,26 µV/°C em toda a faixa de temperatura operacional e na faixa de tensão de modo comum, sem a necessidade de clocks de zero automático e chopping, que podem resultar em aumento de ruído e outros impactos negativos.

O AD8410A (Figura 1) tem um ganho inicial de 20 V/V e largura de banda de 2,2 MHz.

Figura 1: Amplificador de detecção de corrente AD8410A da ADI. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)

O AD8411A (Figura 2) oferece um ganho inicial de 50 V/V e uma largura de banda de 2,7 MHz, proporcionando maior flexibilidade e sensibilidade.

Figura 2: Amplificador de detecção de corrente AD8411A da ADI. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)

O AD8410A/11A pode ser usado tanto para aplicações de detecção de corrente no lado de alta quanto no lado de baixa tensão. Eles são adequados para detecção de corrente em fase ou no lado de alta em várias aplicações, como controle de motor, conversores CC/CC bidirecionais, controles de solenoides e monitoramento de trilhas de alimentação.

Também são aplicáveis ao sensoriamento de corrente na linha em acionamentos de motores CC sem escovas (BLDC) para medir a corrente que flui pelos enrolamentos do motor, o que é crucial para o controle preciso e a otimização do desempenho.

Os amplificadores de detecção de corrente de alta tensão e alta largura de banda foram projetados para aplicações de medição de corrente de precisão, permitindo o controle preciso do torque, o uso de motores e indutores menores e aplicações mais inteligentes acionadas por motor. Utilizando uma arquitetura exclusiva, eles podem amplificar com precisão pequenas tensões diferenciais do shunt de corrente na presença de tensões de modo comum que mudam rapidamente.

A maior largura de banda permite um sensoriamento de corrente mais preciso em altas frequências de comutação em motores CC, servidores de IA e conversores CC/CC. Isso resulta em maior precisão de um conversor analógico-digital (ADC), especialmente em aplicações com frequências de comutação de modulação de largura de pulso (PWM) mais rápidas e altas tensões.

Embora frequências de chaveamento mais altas possam resultar em maior interferência eletromagnética (EMI), os amplificadores AD8410A/11A com detecção de corrente são projetados com recursos para lidar com esse desafio. Eles têm uma alta taxa de rejeição de modo comum (CMRR) de 123 dB desde -2 V a +70 V para ajudar a rejeitar ruídos e melhorar o desempenho contra EMI, o que os torna adequados para aplicações em ambientes elétricos ruidosos, onde a EMI pode afetar sua precisão. Eles são menos propensos a ruídos de intermodulação e minimizam o uso de filtros adicionais.

O AD8410A e o AD8411A compartilham as mesmas opções de invólucro e recursos, como proteção contra sobretensão e uma função de ativação/desativação. Projetados para operar com uma única fonte de alimentação de 2,9 V a 5,5 V em uma faixa de temperatura industrial de -40°C a +125°C, eles estão disponíveis em invólucros compactos de 8 terminais do tipo SOIC_N (invólucro padrão com formato pequeno) e MSOP (versão mini) de 8 terminais com um pad exposto para melhorar o desempenho térmico.

Para sistemas de controle de motores que exigem medição precisa de corrente e realimentação, como acionamentos industriais, robótica ou veículos elétricos, o AD8410A/11A pode lidar com altas tensões de modo comum a partir da alimentação do motor e fornecer uma saída linear proporcional à corrente através do resistor shunt. O AD8411A pode ser usado quando um ganho maior for necessário para resistores shunt menores ou faixas de corrente mais baixas.

Os sistemas de gerenciamento de baterias que monitoram as correntes de carga e descarga das células ou pacotes de baterias podem se beneficiar da capacidade do AD8410A/11A de medir a tensão diferencial em um resistor shunt em série com a bateria para fornecer uma detecção de corrente precisa e rápida. O AD8411A pode ser usado quando uma resolução mais alta for necessária para níveis baixos de corrente ou baterias de alta capacidade.

Para o monitoramento da fonte de alimentação e circuitos de proteção que detectam condições de sobrecorrente ou curto-circuito, o AD8410A/11A pode detectar a corrente que flui através de uma carga ou chave e fornecer um sinal para detecção de falhas ou controle de realimentação. O AD8411A pode ser usado quando for necessário um tempo de resposta mais rápido ou uma sensibilidade mais alta para a aplicação.

Placas de teste do amplificador sensível à corrente da ADI

Os projetistas podem tirar proveito das placas de teste da ADI, que permitem avaliar o desempenho dos amplificadores de detecção de corrente AD8410 e AD8411 em diferentes cenários.

As placas AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Figura 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) e AD8411ARM-EVALZ (MSOP) foram projetadas para facilitar a configuração de diferentes modos de operação e cargas.

Figura 3: Placa de teste AD8410AR-EVALZ da ADI. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)

Com essas placas, os projetistas podem explorar os recursos e benefícios dos amplificadores de detecção de corrente AD8410 e AD8411 em um ambiente prático. Um shunt com tamanho padrão máximo de 2818 pode ser soldado às placas, e o modo de operação pode ser selecionado para detecção de corrente unidirecional ou bidirecional.

Conclusão

Os amplificadores de detecção de corrente AD8410 e AD8411 da ADI são dispositivos versáteis e de alto desempenho que podem ser usados em uma ampla gama de aplicações que exigem medição de corrente precisa e confiável. Esses amplificadores suportam aplicações de detecção de corrente no lado de alta e de baixa tensão e podem ajudar a melhorar a eficiência, a segurança e a confiabilidade de produtos eletrônicos que exigem monitoramento de corrente preciso e robusto, baixa tensão de offset, baixo desvio, alta largura de banda e alta taxa de rejeição de modo comum.