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[参考译文] INA199：INA199x2

admin
Guru**** 2531950 points
Other Parts Discussed in Thread: INA199, TPD4S012, INA210, INA181

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/668099/ina199-ina199x2

器件型号：INA199
主题中讨论的其他器件： TPD4S012、 INA210、 INA181

我在手机充电应用中使用 INA199x2。 除了一个.045欧姆电流感测电阻外、我没有任何外部组件。 该部件的 V+为5V、我使用的是手机负载的高侧配置。 基准被接地。 输出进入 ADC。 基本上就是这样。 我看到输出偶尔会保持在2V-3V、这基本上表示芯片已被销毁。 我在输入端具有浪涌保护器、可防止 ESD 问题。 提供给 Vin+和 Vin-的电压约为5.1V-5.3V。 流经感测电阻的最大电流为1.5A、但通常小于1A。 我不认为我违反了任何规范、因此我对芯片被销毁的原因感到困惑。 我意识到、在1.5A 时、输出将达到最大输出(大于 V+)、但我认为这不应该成为问题。 有人对此有什么想法吗？

谢谢、

CT

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    TI__Guru**** 2531950 points
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    您好、Courtland、

    很抱歉您看到了这种情况。 我有一些问题。

    一旦输出降至2V 至3V、器件是否会在系统复位后始终输出电压？ 基本上、损坏是永久性的、无论输入如何、损坏器件的输出始终保持在2V-3V？

    2.您是否在输出降至2V-3V 时测量 INA199的输入(跨越45m Ω 分流电阻或直接测量电流)？

    3.如何为设备供电？ 您是否有一个去耦电容器连接 INA199的 V+和 GND 引脚？

    4.您能否详细说明或共享浪涌保护器的原理图？ 它们是否位于 INA199的两个输入上？

    5.您运行 ADC 的速度有多快？ INA199输出和 ADC 输入之间是否有一个"电荷桶"RC 滤波器？

    此致、
    Peter Iliya
    电流感应应用
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    TI__Guru**** 2531950 points
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    Peter、感谢您的及时回应。 请参阅下面对您的问题的回答；还显示了所使用的电路

    1) 1)损坏是永久性的。 J3A 是手机的电源。 手机插入 J4A。 如果没有连接电话、则 Port1输出应为0V。 但是、只要连接了电话电源、我就会看到至少1V 的电压。 如果未连接电源、则输出为0V。 VIN-输入似乎呈现一些负载、导致电流流动、从而产生影响。

    2) 2)无论电话是否已连接、R17上都会出现压降。

    3) 3)器件由+5V 电源供电。  C51是去耦电容器

    4)附加原理图

    5) 5) ADC 以大约3MHz 的频率运行。 未使用 RC 滤波器。

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    TI__Guru**** 2531950 points
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    您好、Courtland、

    感谢您的回答。

    您会说、无论电话是否连接、R17上都会出现压降。 它的价值是什么？ 它是否为10mV、这会导致 INA199输出具有1V 电压？ 您说这是故障指示吗？ 我询问如何测量 R17两端的电压、因为如果输出介于2V 至3V 之间、但 VR17不是 Vout/增益、那么我们可以确定 INA199的实际故障。

    您看到故障的频率如何？ 您是否对导致故障的操作有任何指示？ 是否发生在系统正常运行后或插入或移除电话/负载时？

    此致、
    Peter Iliya
    电流检测
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    TI__Guru**** 2531950 points
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    Peter、我测量电阻器上的电压为.0031V。 空载时、该数字应为.0001或更小。 输出设置为0.7V。 如果我连接一个负载、然后断开它、该值会增加。 随着时间的推移、当断电时、电压会下降、但绝不会下降到0.7V。 Vo 读数不正确、因为使用.0033V 时、我应该会看到.3V 输出。

    我没有进行足够的测试来确定故障率是多少。 我刚刚向我的客户交付了两块电路板、因此他将进行相当多的测试并提供反馈。

    我无法准确确定故障发生的时间。 此时我只能说、当手机断开连接时、Vo 电平会保持某个大于0的值。

    根据数据表、电话电源电压可以大于 INA199的电源电压。 这是正确的、因为手机电源电压大约为5.2V、INA199 V+为5V。 另外、我想知道充电手机的电流要求是否过高、导致 Vo 尝试超过5V。 这对芯片来说会是个问题吗？

    谢谢、

    CT
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    TI__Guru**** 2531950 points
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    库尔特兰、

    因此、您可以看到 VOUT = 0.7V、VIN = 3.1mV 且无负载。 连接电话后、VOUT 是否变为正确的值？ 或者它是否可以变为2V 至3V、从而不代表实际电流？ 这些似乎是单独的问题。 如果您可以在连接负载且 INA199未驱动正确的 VOUT 电压时测量 VIN (VR17)、这会有所帮助、但我知道这需要使用差分探针。

    无论如何、5.2V 时的手机电压不应影响5V 时的 I NA199或任何电压电源。 INA199可接受-0.3V 至26V 的共模电压(VCM)、而 INA199所见的 VCM 将由 J3A 充电器件决定。

    我确实有一些调试建议。 尝试在 INA199 OUT 至 GND 之间添加一个10kOhm 负载电阻器。 这可能有助于将 VOUT 拉至0.7V 以下。 此外、请尝试在输出或电荷桶上添加 RC 滤波器。 通常在 ADC 数据表中建议 R 和 C 的值。 与 INA199的带隙相比、ADC 采样速度可能很快。

    另一个需要注意的问题是、如果 INA199 (IN-、IN+)的输入端包含一些电流限制电阻器、那么浪涌保护器中的 ESD 和瞬态保护二极管对于 INA199而言确实是有用的。 电阻会将流入 IN+和 IN-引脚的电流限制在5mA 以下。 我不确定您的器件是否以这种方式损坏或损坏。 遗憾的是、采用这些限流电阻器会使二极管/TPD45012的定位对于 INA199是无用的。 如需更多信息、请参阅有关电流分流监控器瞬态稳健性的设计。
    www.ti.com/.../TIDA-00302

    如果您确定 ESD 事件对 INA199A2的损坏负责并且不想添加瞬态保护电路、那么您可以尝试 INA199B 和 INA199C 版本、这些版本具有更强大的内部 ESD 保护电路。

    此致、
    Peter Iliya
    电流感应应用

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    TI__Guru**** 2531950 points
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    Peter、如果我连接负载、Vo 将不会成为正确的值。 实际上、它被添加到0.7V。 在未连接负载的情况下、0.7V 似乎是新的电平。 因此、如果连接了负载并且 Vo 应该为1V、那么现在将为1.7V。 我在连接要充电的手机时测量到 Vin (VR17)为0.040V。 通常、我希望 Vo 为4V、但我的读数为4.7V。

    我不认为在输出端添加10千欧电阻器会告诉我们任何问题、因为问题似乎是 Vin-输入阻抗已经下降到看起来电路现在已经连接了电话(负载)、从而导致电流消耗。 我认为输出上的负载不会改变这种情况。 不过、我可以尝试一下。

    建议将 ESD 保护电路用于 USB 接口。 无需电阻器。

    我刚刚对引脚4和5上的接地阻抗进行了测量、发现不良芯片上的阻抗为200欧姆、而良好芯片上的阻抗为1M 欧姆以上。 我认为这证明了芯片坏了。 现在、我必须弄清楚导致故障的原因。
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    TI__Guru**** 2531950 points
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    Peter、您是否认为我可能会用手机消耗的电流过高来破坏芯片、从而导致 Vo 尝试输出比 V+(5V)高得多的电压、即使输出将被钳位到 V+？
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    TI__Guru**** 2531950 points
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    库尔特兰、

     

    感谢您测量输入阻抗。 200 Ω 输入阻抗肯定表明器件损坏。

     

    如果手机在某个时刻消耗过多电流、导致 INA199 Vo 在电源电平(5V)饱和、则这将由输入差分电压过大导致、是的。 该输入差分电压(Vin)最高可在不损坏部件的情况下达到+-26V (请参阅数据表中的绝对最大额定值表7.1)。 因此、为了产生该电压、手机灌入的电流必须为26V/45m Ω= 577.7A。 因此，我认为这不是根本原因。

     

    损坏的输入阻抗(ZIN)表示 ESD 或 EOS (电气过载)的根本原因。 虽然这种情况看起来不应该出现、因为您有 ESD 保护 IC (TPD4S012)、但在浏览数据表后、我仍然认为 ESD 是可能的。 关于 INA199，需要注意的一个关键方面是它的绝对最小输入共模电压(VCM)为-0.3V (见表7.1)。 如果 VCM 低于-0.3V、则内部 ESD 二极管接地将正向偏置、传导过多电流并造成永久损坏。 这会导致一个到接地的低阻抗路径、因为 ESD 单元将变成小电阻。

     

    虽然 TPD4S012 (和 INA199的 ESD 单元)可防止+或–数千伏的瞬变(请参阅 INA199数据表的表7.2)、但两个方向的保护并不相同。 如果您看看 TPD4S012、您将看到内部是用于 ID、D+和 D-引脚的单向 TVS 二极管。


    您还将看到齐纳二极管的击穿电压(VBR)为6至9V、二极管的正向电压(VF)为0.6V 至0.95V。 因此、如果 INA199输入端存在正电压瞬态、齐纳二极管将进入反向击穿状态以转储能量、并且与齐纳二极管位于同一线路上的二极管将正向偏置。 另一个接地二极管将保持关断状态。

     

    如果存在负电压瞬变，则 ID 引脚的二极管接地将正向偏置并转储能量，但只有在负电压大于二极管 VF (0.6V 至0.95V)后才会这样做。 因此、将会有一段时间对 INA199 ESD 二极管施加应力、这将是-0.3V > VCM >-0.95V 时的情况。 如果您看一下 TPD4S012数据表中的图8：“IEC 钳位波形，-8kV 接触，D+，25ns/div”，您会发现即使二极管钳制了大 ESD 信号，仍有225ns 的电压悬停在0V 以下。


     

    我不是说225ns 是足够的时间来损坏 ESD 单元、但如果这一事件反复发生、它将会磨损 INA199 ESD 单元、导致其内部短路。 仅仅因为 TPD4S012能够承受这些 ESD 事件并不意味着 INA199将会承受、尤其是在绝对最小 VCM 为-0.3V 时。 保护器件免受 低于-0.3V 的 EOS 事件的影响可能比较棘手。 您可以在以下常见问题解答页面上阅读有关防止这种情况的方法以及有关限制流入输入引脚的电流的更多信息：

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers/current-shunt-monitors/w/faq/3610.dealing-with-device-protection-when-you-cant-exceed-0-3v

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers/current-shunt-monitors/w/faq/3599.exceeding-the-absolute-maximum-voltage-ratings-specifications-by-limiting-input-current

     

    由于您只构建了几个电路板、因此您的问题可能根本不是由 ESD 引起的。 我建议您继续优化电路、直到电路正常工作。 一旦您有工作正常、请尝试通过多次插入和断开电话来对系统的 ESD 单元施加压力、或者在电话连接到充电器时打开和关闭电话、或者获取 IEC-61000发生器。 您还可以使用示波器观察 VCM、以查看存在何种负载瞬变。 此外，如果您无法使电路正常工作，请尝试一次更改一个变量，直到它正常工作：卸下 ADC、用电阻负载替换电话、移至原型设置、尝试相似的电流感应放大器，如 INA210、INA181或更强大的 ESD INA199B 和 C 版本。 您还可以在工作系统中的 INA199输入端添加串联电阻器、以限制 EOS 事件期间的电流、然后向系统施加应力、以查看 INA199是否会中断。

     

    但愿这对您有所帮助。

     

    我的参考资料是：

    http://www.ti.com/lit/an/slyt492/slyt492.pdf

    http://www.ti.com/lit/an/slla305/slla305.pdf

    http://www.ti.com/lit/ug/tidu473/tidu473.pdf

    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpd4s012.pdf

     

    此致、

    Peter Iliya

    电流感应应用