[参考译文] INA219：过压保护(汽车应用)

您好、Bragbe、

欢迎来到论坛、感谢您提出问题。 简而言之、没有任何不影响 INA219精度的解决方案。 将输入电阻器与 INA219一起使用将与内部 ADC 交互并影响采样采集稳定时间。 但是、对精度的影响程度未知。 通过在 INA219的输入引脚之间和附近放置一个足够的输入差分电容器、可以减小稳定误差。 另一种缓解措施是延长转换时间并尽可能求平均值。

使用100 Ω 输入电阻器肯定会影响精度、但不会严重影响器件运行。 需要通过基准测量来确定精度下降的程度。

如果在您的系统中、您可以为每个具有大输入电阻器的器件执行失调电压和增益误差校准过程、则可以减小这些误差。 通过校准程序、我指的是对系统中的已知电流电平进行测量、并将 INA219测量值记录到存储器中、以便在校正所有后续读数时使用。 偏移 CAL 只需进行一次测量、通常在0A、12V 总线上。 增益 CAL 需要进行两次测量、并根据两个数据点的斜率计算器件增益误差。

以下是有关我们的电流感应放大器器件浪涌保护的应用手册。 这至少可以让您了解需要多少保护。 http://www.ti.com/lit/ug/tidu473/tidu473.pdf?ts=1590601081123

我的一般建议是：

1. 可能会进一步降低钳位二极管的反向击穿电压、可能会降低18V 以获得更好的裕度。
2. Ω 和不使用输入100k Ω 电阻器以及输入电容器进行几次测量。 电容器没有上限、因此您可以选择0.1uF 或1uF 等大电容器。
3. 如果误差过高、请考虑校准程序。 考虑到您感应的分流电压过低、可能仍需要进行失调电压校准。
4. 我知道您不想使用其他设备，但我还应该提到另外几个选项：    
   1. 使用电压输出 CSA (例如 INA293-Q1、INA290-Q1)并将该测量结果馈入低成本、低电压12位 ADC。
   2. 使用电压额定值更大的数字 CSA、例如最近发布的 INA229-Q1 (85V 可承受 VCM)。

请将您可能遇到的任何其他问题发送回您的邮递。

此致、

Peter

嗨、Superkris、

输入电阻器将以与影响 Δ-Σ ADC 相同的方式影响 INA219的精度。 存在基于开关电容器及其充电/放电所需的瞬态电流的有效差分输入阻抗(ZDIFF)。 因此、使用输入电阻器可以创建分压器、从而引入增益衰减误差。

总的来说、这些影响不易量化、对于我们的数字电流感应放大器来说、也不是众所周知的。 此外、使用模拟这些效应

我建议使用较低的击穿 TVS、因为我有时会看到钳位电压比反向击穿高一点。 只要最大钳位电压低于 INA219绝对最大值、并且最小反向击穿电压大于正常工作电池电压、那么一切都应该正常。

我会再建议一个选项。 将 INA186-Q1/INA190-Q1与大1kΩ 电阻器(10kΩ Ω 至 Ω)和低功耗钳位二极管搭配使用。 INA186是一款高输入阻抗电流感测放大器、因此相当大的输入电阻不会显著影响增益误差、因此您可以使用功耗更低的钳位二极管。 该器件具有500V/V 增益选项、并且具有非常大的输入动态范围、可以测量您所需的大多数电流。 仿真模型准确地显示了输入电阻器的影响。 本技术手册稍微介绍了器件以及如何计算输入滤波器误差。 http://www.ti.com/lit/an/sboa343/sboa343.pdf?ts=1590767692955

最棒的

Peter

嗨、Superkris、

只要 INA181/INA180满足您的误差要求、就可以选择 INA181/INA180、尽管校准肯定会对此有所帮助。

如果您希望将 INA181-Q1/INA180-Q1与输入电阻器配合使用、则需要计算理论标称增益变化、并确保直流扫描仍然是线性的。 然后、您将需要为每个 INA181/INA180包含一个增益校准程序。

必须了解的是、数据表中的增益变化方程(方程5)将告诉您标称增益将如何变化。 是的、添加输入电阻器将始终降低增益。 请注意、有一个2.5kOhm 的标称输入差分电阻。 您可以在我们的仿真环境 TINA-TI 中使用理想的差分放大器来仿真增益变化。 此外、请注意、使用我们的 INA181 SPICE 模型可能不会显示此行为、因为它是一个行为模型。

请注意、我是如何提到增益变化为标称值的。 实际上、会有差异、因为所有内部电阻器在工艺变化和温度范围内都可能变化+/-20%。 反馈电阻器(RFB)和输入电阻器(RINT)将相互上下移动、因为它们经过修整后具有精确的比率、这就是我们电流感应放大器(CSA)的精确增益设置。

因此、如果您使用 INA180/INA181 (或任何其他低输入阻抗 CSA)、则在使用输入电阻器时需要考虑增益衰减和增益变化。 我建议使用仿真、其中 RFB 和 Rint 为+/-20%、Rdiff 也可能为+/-20%。 请注意、Rdiff 不必以与 RFB/RINT 相同的方向移动。 如果新的增益变化过大、则您需要在固件中为每个系统中的每个 CSA 建立增益校准程序。

希望这有道理。

最棒的

Peter

尊敬的 Peter：

再次感谢您的支持。 我非常感谢您花时间帮助像我这样的人！

您的解释同样非常有帮助。 我不确定我是否完全了解 Rdiff 的存在、但知道它的存在使我能够使用您提供的原理图进行一些仿真。  

下面是我尝试过的4个案例的屏幕截图。 它们的形式不同、理想的内部电阻器也不同、最坏的情况也不同。

因此、200欧姆电阻器实际上对我非常有用。 4%的增益误差肯定不是理想值、但这是最坏情况下的数字、我想在大多数情况下误差会更低。 虽然每个 CSA 的校准可能都很棘手、但如果确实需要、校准仍然是可能的。 但是、增益对于我的应用来说最重要。 失调电压要差得多。

200欧姆输入电阻器的增益降低实际上为我计划使用的 ACD 的满量程范围创建了完美匹配、因此这是一个很好的优势。 在最坏的汽车负载突降情况下、200 Ω 电阻器可将电流降至0、9A。 这会在 TVS 二极管上产生20W 的负载峰值、这应该很好。 任何 SMD 电阻器都无法承受这种情况、但大多数"现代"车辆已经有钳位二极管、可将负载突降降低至60或80V。 在80V 负载突降时、输入电阻器将具有16W 峰值。 希望一个 Beefy SMD 电阻器能够承受大多数瞬变。 如果没有、则可以更换。

对于可能阅读此内容并希望了解的用户、这里是我为100、200和500欧姆电阻计算的完整误差。

请注意：以上所有内容仅对 A3器件有效。 此外、如果您想起诉这些数字、请自行计算。 我显然几乎不知道我在做什么。

我个人的看法是 INA186/INA190的建议显然更好。 但增益误差是可以接受的。 如果没有、我仍然可以在固件中进行一些校准。 价格和可用性的优势也有助于我选择继续使用 INA180进行设计。

我制作了下面的原理图。 我添加了一个相当大的滤波电容器、因为我将仅测量频率为每秒4个样本的直流 如果有人有任何其他输入、请告诉我！