[参考译文] INA220/INA220-Q1：测量 PWM 驱动负载的电流

您好、Guang、感谢您的快速回答。

VBUS 连接到12V 电压轨、但您让我思考它是否足够稳定。 由于这是用于为负载供电的同一电源轨、PWM 开关产生的噪声会轻微耦合到 VBUS 输入中。 这可以解释一下我们在总线电压测量中看到的一些变化吗？ 它是否还会以某种方式影响分流测量？ 是否建议在 VBUS 输入端添加一个旁路电容器或其他器件来帮助实现这一点？ 我在数据表中没有看到任何针对 VBUS 输入的旁路电容器或滤波器的参考。

随附了设置原理图。 在我最初的帖子中、我注意到这是一个电感负载、但我看到电阻负载的结果相同。 我在具有反激式二极管保护和不具有反激式二极管保护的电路上使用相同的驱动器配置测试了相同的负载、并看到了相同的结果、因此我的原理图显示了显示测量问题的最简单电路。

遗憾的是、我无法使用手头的探针获得有用的分流电压测量结果。 我在负载的低侧进行了一个显示 PWM 的测量(低电压表示激活、高电平表示未激活)、请参阅以下内容：

下面的一些直方图显示了与其他驱动器配置(每次相同的12Ω Ω 负载)相比、100%占空比(直流)下的数据变化很小。 即使在80%直流电下、测量也会产生相当大的噪声。 在30%直流电下、这些数字通常为负数、因此根本不有用。 水平轴上的单位为 mA。

下面是一些详细信息。 我已经尝试在总线电压和分流电压转换中使用32样本平均模式以及128样本平均模式。

我重新制作了具有通用范围的直方图、以便它们更容易相互比较、请参阅下文。 我还绘制了总线电压测量图、以展示当我们使用 PWM 驱动负载时、它们会如何成为问题。 在80% DC 5kHz 时、存在很多可变性、但它们在一定程度上接近于正确的值。 在30%直流25kHz 时、VBUS 测量值仍处于正确值的镇流器中、但分流器测量值非常错误。 在下图中、电流以 mA 为单位、电压以 V 为单位。左列显示了 INA220在我的30%直流测试期间测量的电流和电压、依此类推。

我对分流低通滤波器进行了一些更改、包括使用100Ω Ω 电阻器开关10Ω Ω、以及将1µF Ω 电阻器与10µF Ω 电阻器分别交换、但它似乎没有帮助。

您能否澄清一下 INA220 ADC 与非直流信号的工作原理？ 532µs 位2µs 时间为 μ s、但采样率为500kHz (μ s)。 我532µs 这意味着信号是"过采样"的、但在这种情况下、信号在内部是如何得出电压的结论的？ 在5kHz 的 PWM 频率下、532µs μ s 转换大约有2.6个 PWM 周期。 信号发生变化的事实是否经常会导致转换数据损坏？ 532µs 我们使用25kHz 的 PWM 频率、现在每个 Δ Σ 转换大约有13个 PWM 周期。 我觉得这里可能会有问题、但我对 Δ-Σ ADC 过程的理解不够、无法确定。

我的一个想法是将加热器驱动器 PWM 降至1kHz 以下、以充分利用奈奎斯特采样理论。 DRV103的下限为500Hz、这将非常接近满足奈奎斯特采样要求所需的最大值。 不过、这对于电感负载不是很好、因为它们在更高的频率下运行得更好。 为了正确测量、INA220是否要求电流信号中的最大频率小于转换时间的1/2？ 或者、Δ-Σ ADC 前端是否能够准确测量较高频率的平均振幅？

与此相关、我应该如何读取 INA220数据表中给出的频率响应(请参阅下文)？ 对于高于1kHz 的频率、似乎存在较大的信号损耗、那么该器件是否仅无法测量5kHz 或25kHz PWM 信号的平均电压振幅？

谢谢！

Guang、谢谢您指出、我可以看到这是一个问题！

现在、我们将研究将分流器放置在 DRV103下方或负载上方的可能性、以便分流器不会在每个 PWM 周期中出现较大的共模电压变化。

可以说我的设计已经达到了 INA 的"共模抑制比"的极限吗？ 我看到 INA220具有100-120dB 的共模抑制、尽管数据表中未给出频率范围。

我看到您添加到差分线路的2个附加电容器。 您是否有这些电容器的推荐值或我可以在其中详细了解其用途的资源？

编辑：另一件事.. 这是否解释了 VBUS 测量的可重复性差？ VBUS 连接到12V 电源轨、因此始终标称值为12V、但它会看到 PWM 开关耦合的噪声很小。

谢谢！