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[参考译文] INA240：使用 INA240A1提高电机控制的电流采样精度

admin
Guru**** 1631870 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS7853, INA240, ADS8353, OPA320, THS4551
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/848996/ina240-improve-current-sample-accuracy-with-ina240a1-for-motor-control

器件型号：INA240
主题中讨论的其他器件：ADS7853、 ADS8353、 OPA320、 THS4551

您好！

mΩ、我将使用 INA240A1来感测直列式电流、感测电阻为3 μ A。采样后、ADS7853转换 器的采样值转换为数字信号。

而且储值错误为4位。是否有任何改进措施和方法？谢谢。

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    尊敬的 Eric：

    您的输入信号是什么？

    您是否看到 ADS7853的偏移误差高达1mV (=26LSB)？

    Kai

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    感谢你的答复。

    在某些工作条件下、偏移误差不会始终波动。

    我的重点是、哪些问题会影响采样波动、例如降低功率噪声。

    谢谢。

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    我的采样信号是电机输出相电流。

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    尊敬的 Eric：

    输入低通滤波会有所帮助。 请参阅数据表的第9.1.1节。 顺便说一下、如果您的输入信号表现出大量高频共模噪声、那么我不仅会使用图32所示的差分输入信号滤波器、还会使用共模输入信号滤波器。 但请仔细设计、否则可能会破坏 INA240极高的低频共模抑制。

    另一点：图24显示、INA240在频率高于1kHz 时变得越来越非线性。 这可能会使 INA240在某些情况下的行为有点奇怪。 失真本身就不是问题所在、但互调产品可以在非线性条件下产生、这些非线性会折返到信号范围内。 考虑一个包含频率 f 和 f'(所需或不需要！)的输入信号 它们由 delta_f 隔开、则频率为 delta_f (和其他)的互调产物可能会在输出信号中显示、无法通过任何滤波再次消除。 因此、只有严格的输入低通滤波才能有所帮助。  

    您能否显示一些示波器图(INA240的输入信号和输出信号、电源电压...)？

    Kai

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    嗨、Eric、

    很抱歉耽误你的回复。 我有一些一般性问题、我认为这些问题有助于理解该电路的误差分析。

    1. ADC 以何种时钟模式运行？
    2. 采集时间是多少？
    3. 转换时间是多少
    4. 我假设 INA240上的4位误差为1.22mV 输出误差。 4*5V/(2^14)=1.221mV。 对吧？
    5. 3mΩ Ω 分流电阻器的容差是多少？
    6. 当误差为4位时、电机电流电平是多少？
    7. 电机电流占空比和频率是多少？
    8. 如何测量电机电流以确定4位误差？

    ADC 的电荷桶滤波器(R28、R427、C237)可能是一个非常重要的误差源。 这些组件需要仔细选择，以便在采样时为 ADC 提供足够的电荷，但不会与 INA240的 ZOUT (闭环输出阻抗)产生负面影响，从而造成不稳定。 下面是一些有关 INA240 ZOUT 外观的数据：

     

    我们还不能排除基本的直流误差源。 根据时钟模式、ADS7853显示了+/-1mV 的输入偏移误差和+/1mV 至2.5mV 的非线性误差。 此外、分流电阻器容差和 INA240失调电压可能会影响精度、具体取决于电机电流。

    希望这对您有所帮助

    Peter Iliya

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    谢谢 Peter。

    1 μ A ADC 以、时钟模式运行；

    2、采集时间为50us；

    3、ADC SCLK 的通信频率为15MHz；

    4、4位误差在 INA240上为0.8mV 输出误差、因为基准电压为3.3V；

    、Ω 3mΩ Ω 分流电阻器的容差为±1%；Ω

    6 μ A 当、PWM 的信号闭合时、这意味着输出电流为0、容差误差为4位。

    7 μ s PWM、为10kHz；

    8、该误差是在 PWM 信号关闭时测量的；

    现在、我的目标是在电机控制干扰关闭时将系统误差控制为0.3mv。

    我想知道 INA240A1和 ADS7853是否可以满足此要求。 或高精度检测的最大障碍是什么。

    您能提供一些偏差吗？  

    谢谢。

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    我尝试使用 ADS8353 (16位)、信号误差的波动没有改善。

    噪声级别 与 ADS7853大致相同。

     很明显、INA240和 ADS7853的偏移误差超过1mV。

    但失调电压与噪声不同。我的理解是否正确？

    另一个问题是 INA240无法 驱动大容性负载、ADC 希望使用更大的驱动电容。

    解决这些矛盾是否有好办法？

    谢谢你。

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    埃里克

    0.8mV 输出误差不大、尤其是在针对这个应用未正确调整电荷桶滤波器时。 这是一个更深层次的主题，但下面提供了一些链接来解释它，其中包括一篇文章和一个指向 TI 免费培训视频和实验室的链接。

    https://www.planetanalogue.com/optimizing-sar-adc-driver-amplifier-and-rc-filter-circuit-settling-using-spice/

    https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs-final-sar-adc-drive-simulations-lab

    首先、让我们考虑直流误差源。 当电流为0A 时、您的电机电压是多少？ 那么、当负载为0A 时、INA240的输入共模电压是多少？ 如果我考虑最大初始偏移(25uV)、最大 RVRR 偏移(20uV/V)和最大增益误差(0.2%)、我计算出 VOUT = 1.650841V。 这相当于4.178 LSB 误差。 请参阅随附的显示计算结果的电子表格。 您可以在 以下位置了解这些误差计算：e2e.ti.com/.../3617.INA240-error.xlsx

    https://training.ti.com/getting-started-current-sense-amplifiers

    http://www.ti.com/lit/an/sboa336/sboa336.pdf

    该误差不包括因温度漂移、任何输入滤波器误差(未在数据表中显示)或直流 CMRR 而产生的偏移。 我不能包含 CMRR 偏移误差、因为我不知道 VCM 是什么。

    降低直流误差的一些选项包括：

    • 使用 A2或 A4 INA240型号、它们具有最低的指定 RVRR 值。
    • 校准0A 负载时的直流误差。

    我的其他建议是：

    • 在 INA240和 ADC 的 RC 电荷桶输入滤波器之间插入一个缓冲器。 使用具有足够带宽和低失调电压的运算放大器。 这至少会证明存在来自非最佳 RC 滤波器的误差、因为良好的运算放大器不需要非常具体的 RC 值。 OPA320或 THS4551是不错的选择。
    • 如果 RC 滤波器是问题所在、并且您无法插入缓冲器、则可以使用 SPICE 仿真和上面链接中显示的分析来确定 INA240和 ADC 的最佳 RC 值。 如果您需要有关帮助、请告诉我。

    但愿这对您有所帮助。

    最棒的

    Peter

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    尊敬的 Eric：

    您的线程与此线程有关系吗？

    Kai

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    是的、我在寻找 TI 当地 FAE 的支持。

    关于这一点、我犯了一些测试错误。

    当电机移动时、无论采样精度是否变差、

    我现在没有一个非常精确的仪器来校准它。

    现在、我要尝试验证这个。我现在的主要目标是

    提高系统的采样精度、无论是静态的还是动态的。

    谢谢、Kai。

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    谢谢 Peter。

    我会仔细考虑你的建议。我也有一些关于运算放大器的问题。

    在特定温度下、INA240和 ADS7853的失调电压是否会 随时变化？

    如果没有、我可以通过校准来补偿失调电压误差。那么偏置电压与采样噪声有很大关系吗？

    当 PWM 信号闭合时、共模电压浮动。

    在这种情况下、实际测量的共模电压不超过10V

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    TI__Guru**** 1631870 points
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    嗨、Eric、

    INA240的偏移将随温度漂移(最大值±250nV/°C)、但一旦温度恒定、INA240的偏移也应恒定。 INA240增益也会随温度漂移(最大值±2.5ppm/°C)、但一旦温度稳定至一个替代状态值、增益应再次变为恒定。

    您当然可以在室温下加电后不久校准系统、然后了解将会发生温度漂移误差和温度升高、但由于连续的内部偏移校正、这些器件的总体温度漂移相当小。

    当电池轨为48V 时、我是否可以询问 VCM 永远不会超过10V？

    此致、

    Peter

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    您好 Eric、

    自您上次回复后已经一周了、因此我希望您能够解决您的问题。 如果您需要更多帮助、请回复、我们可以继续提供帮助。

    此致、

    Ian Williams
    应用经理
    电流检测