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器件型号：INA3221 主题中讨论的其他器件： INA219、 INA226
当共模范围为-0.3V - 26V 时、为什么 INA3221和 INA219被显示为高侧器件。
本常见问题解答旨在解释为什么 INA3221和 INA219器件被标记为仅为高侧、以及在哪些情况下它们在其他配置中很有用。
问题：
数据表显示了可读的绝对最大范围(VCM_max)为-0.3V 至26V、这表示器件可以读取到地电位及以下。 这会导致混淆、使人无法理解为什么该器件仅作为高侧器件销售。
解决方案：
INA3221具有一个 ADC、每个输入通道上的电压最高可测量26V。 这是通过测量通道 VIN+侧的电压来实现的。 当该器件配置为高侧应用时、该引脚直接连接到 Vs 轨、因此无需在器件上使用额外引脚来测量总线电源。 数据表明确规定、虽然共模范围为+/-26V、但使用差分测量时、每个引脚的电压不得低于-300mV。 这将-26V 描述为对地短路、根据电源和电解储能电容器的电流能力、故障可能导致分流电阻器上施加全电源电压。
差分测量的有效配置为：[(VIN+)-(VIN-)]=(26-0)= 26V 或 [(VIN-)-(VIN+)]=(0-26)=-26V
部分支持的配置以及在推荐此部件之前需要注意的事项：
INA3221可读取+/-163.5mV 范围内的正负值、与模拟器件不同、它不需要任何失调电压即可读取。 唯一的考虑因素是每个引脚上的电压永远不会低于-300mV。 应该表示、如果发生故障、并且分流电阻器上产生的电压低于-300mV、则需要客户添加钳位器件、否则将发生器件故障。 器件内部有一个可测量总线电压的 ADC。 为了节省一个引脚、TI 决定在内部将其连接到 VIN+引脚、在高侧测量中 VIN+引脚直接连接到 VBUS。 但是、低侧测量仍是可行的、因为该引脚现在靠近接地电位、因此该器件只能作为电流感应放大器运行。 如果达到给定的电流限制阈值、仍可以配置警报、但电源和电压警报将不再起作用。
使用这些器件测量负电流没有应用、但是许多计算机系统都要求测量-1.2或-1.8V 等小负电压、客户询问我们的器件是否能够测量到负电压。 负电压需要差分测量。 在该配置下、感测电阻上的一根引线接地并跟随负载、形成到负电源轨的电路。 在差分配置中、根据设计人员的需求、可以将任一输入连接到感测电阻的任一引线。 将 VIN+连接到 GND 和 VIN-连接到检测电阻器的负载侧将返回流入负载的电流的正值、而反转连接将返回负值。 在这两种配置中，引脚均通过 Vsense = Rsense* Isense 驱动至低于接地电压，因此必须考虑到不超过接地电压300mV。 由于该器件的工作电压范围为163.5mV、因此该配置支持大约180%的过载。 最后、由于两个输入都接近 GND、因此总线电压测量将不起作用、而且该器件仅用作电流感应放大器。
如上所述，该部件本身无法使用低侧或负电源轨配置测量系统上的电压。 对于 INA226等单输入器件、这是最终版本。 在 INA3221上、我们有多个输入通道、每个 ADC 可用于方便地测量+/-163.5mV 范围内的输入电压范围。 如果客户了解与每个输入10uA (共20uA)偏置电流相关的限制、则可以使用器件上的其他通道作为 ADC 来测量此类电压。 实际上、可以使用这些部件来测量使用这种非常相同的配置的交流信号。 为此、我们需要一个分压器、其中较低电阻器受20uA 偏置电流的影响最小。 理想情况下、我们将使用由 OP-AMP 缓冲的标准分压器、 但是、在输出电压低且稳定的情况下、例如-5V、可以使用低阻抗分压器、这样总线上的总电流比偏置电流高90%。 200uA 或更高的电流、将证明功率耗散和精度之间存在良好的折衷。 对于交流波形等高电压或可变电压系统、OPAMP 是强制性的、因为电压降低会导致电阻分压器中的电流比例降低、因此误差会随着电压降低而增加。
如果器件用于高侧感测配置、并且每个引脚的电压不超过允许的-0.3至26V 或-26至26V 差分电压、则完全支持正电流和负电流。 支持交流、低侧或负电源轨等其他测量、但需要针对故障情况提供额外的保护。 根据电源和电解储能电容器的电流能力、故障可能会导致分流电阻器上施加全电源电压。 在测量正电流的情况下、器件引脚可一直增大到26、总摆幅为26.3V、表示过载为标称电流的161倍。 不包括电感反冲电压、该电压可能会受到 TVS 二极管的限制、如果适用、还会受到 ESR 较低的合适直流链路电容器的限制、这应涵盖通常涉及的大多数故障情况。 但是、在交流应用或电流可变为负值的应用中、器件必须钳位到低于接地电压300mV、从而有效地将器件的过载能力限制为标称负电流值的1.83x、因此需要额外的保护方法来避免器件发生故障(如果适用)。
注意：所有测试均使用 INA3221进行、但应适用于类似器件。