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[参考译文] INA190:电流感测放大器与仪表放大器对比、可借助差分 ADC 实现电流感测精度

Guru**** 2387830 points
Other Parts Discussed in Thread: INA190, INA851, INA333, INA290, LM7705
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/1194132/ina190-current-sense-amplifiers-vs-instrumentation-amplifiers-for-current-sense-accuracy-with-differential-adc

器件型号:INA190
主题中讨论的其他器件: INA851INA333INA290LM7705

尊敬的 TI E2E:

我有一个可编程电流源、其电流源的范围为小于1mA 至超过6A。 它具有 一个低侧功率电阻器(~0.45欧姆)、通过开尔文连接的电压将用于使用全差分3通道24位 ADC 测量电流。 这些 ADC 通道也可以转换为6个单端通道。 该电压测量的精度对于可编程电流的误差至关重要。 集体讨论获取尽可能低的错误的方法是此帖子的原因。


在过去两周内、我已经阅读了 TI 网站中有关可编程增益放大器、电流感应放大器和仪表放大器的许多部分、并正在尝试最终确定此设计。 我强烈倾向于使用3个电流感应放大器或3个仪表放大器来测量电压、具体增益取决于电流电平(或两者的某种组合)。 该测量电压将用于计算电流、然后使用控制算法来控制电流变化。 例如、如果其中一个放大器的增益范围为200V/V、则可以使用该增益范围来感测100uA 至30mA 的电流。 另一个增益为25的放大器可用于感测~ 30mA 至300mA 的电流范围。 最后、增益为~ 1V/V 的放大器可用于感测300mA 至6A 的电流。

具体而言、我想使用 INA190系列电流感应运算放大器来感应极低的电流范围(增益为200和25)、并使用增益为1的 INA851来感应高电流范围。

INA851具有全差分输出、而 INA190是单端输出。 我对 ADC 和这些 INA190之间非常小的接地差异谨慎、会稍有不同、并且与增益相乘可能会增加明显的误差。 因此、我认为使用3 INA851或另一个具有这3个增益的全差分输入和全差分输出运算放大器可能是更好的选择、因为 ADC 也是全差分运算放大器。

您能就此问题向我提供一些指导吗? 您是否建议使用三个 INA851、因为它具有全差分输入和全差分输出。 如果依赖于外部电阻器 Rg、它还具有非常高的精度和具有多个增益值的选项。

感谢你的帮助、

Brendan

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    您好!

    在选择 Rshunt 的情况下、您似乎无法在高电流下使用电流感应放大器。 它将导致 INA190的输出饱和。 您可以尝试调整 Rshunt 大小、以在3个当前域之间获得最大的可用性。 采用适当的布局时、INA GND 和 ADC GND 之间不应存在电势差。

    另外请记住、Rshunt 需要在6A 电流下消耗16.2W 的电流、分流电阻为450m Ω。  

    使用仪表放大器的问题在于放大器的所有节点都具有正确的工作电压。 由于您使用0V 共模进行测量、仪表放大器需要负电源。 如您所述、这些优势是增益灵活性。

    根据您拥有的电源轨、您可以使用 INA851、请记住、您不能超出放大器每个节点的电压。 如果您的+-电源大于2.5V、则可以以差动方式使用 INA851来连接 ADC。 我会按照建议的电路使用 INA851驱动 ADC。

    您还可以使用 INA190来获得低电流、使用 INA851或 INA333来获得更高的电流。 INA190的增益误差将优于 INA851/INA333。 因为增益误差将取决于您为 INA851/INA333放置的增益电阻器。  

    如果您计划使用 INA190、我建议您使用 INA290、它是一款更精确的器件、但带宽更低。 另外、在每个 INA190/290上放置一个带有10欧姆电阻器和一个差分输入电容的输入滤波器。

    此致、

    化学文摘社

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    您好 CAS、  

    是的、分流器实际上是2个大功率电阻器、安装在具有恒定气流的大型散热器上。  

    关于电源、我有一个12V、接地和一个-7.5V。 我有用于数字和模拟侧的3.3V 稳压器。 如果需要、我可以添加线性稳压器。  

    感谢 INA290的建议。 我还认为、使用 INA 190的 REF 引脚将高于接地100mV、然后将该信号缓冲到差分 ADC 的低侧输入、基本上会使其成为差分测量。 有什么想法吗? 但我确实同意、通过适当的布局、潜在的接地差异可以忽略不计。 INA290没有这个基准引脚。

    关于功率电阻器的尺寸、我可以有一个继电器、在较低电流下在较高电阻功率电阻器之间切换、但我希望在一开始不使用此继电器的情况下测试电路板。 感谢 INA333的建议、我喜欢 INA851、因为它能够钳制。 我还认为、如果我使用增益1、则 RG 和 G02+未连接、从而消除了一些增益误差。  

    非常感谢您的帮助、

    Brendan  

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    您好!

    由于您可以在前两个范围的任何增益中使用 INA190、因此我们可以选择正确的增益、使摆幅低位和摆幅高位不成问题。 如果您使用电流感应放大器、最佳选择是 ADC 的单端。 唯一的问题是测量高电流。

    因此、对于高电流、您可以使用仪表放大器。 这并不违反使用正确电源时的共模。 我建议采用 Zach Olson 之前提到的配置来使用 INA333电路。

    您关于将基准引脚用作差分负极的想法是可行的。 但添加该基准电压会限制您的电流测量范围。 在下面的情况下,您可以使用基准电压,输出将在 Vout 和基准引脚之间为 Rshunt*i*G。 但是、再次添加基准将会使您的电流范围和基准成本降低、或者您必须使用分压器并将其缓冲至基准引脚。

    下面是一些数学方法来说明我的声明:

    100uA 至30mA:INA190 200V/V 电源3.3V 和 GND。 REF = GND。 输出= Rshunt*i*G+Vref。  

    输出= 9mV 至2.7V。 INA190在 GND = GND + 1mV 时的最大输出摆幅。 因此9mV 输出正常。

    30mA 至288mA:INA190 25V/V 电源3.3V 和 GND。 REF = GND。

    输出= 337.5mV 至3.24V。 INA190的最大输出摆幅为 Vs = Vs - 40mV = 3.3-.04 = 3.26。 因此3.24V 输出正常。

    288mA 至6A:INA333 1V/V 电源3.3V 和-232mV。 REF = GND。

    INA333 V-+.1V 的输入、因此我们必须具有 V-< -0.1V。 有一个针对这个确切用途的基准: LM7705。

    输出= 129.6mV 至2.7V。 INA333在 V-= V-+ 50mV 时的最大输出摆幅。 129.6mV 就可以了。 V+= V+-50mV 时的最大输出摆幅。 因此、2.7V 正常。

    当电流高于相应放大器的范围时、Vswing high (摆幅高)将是输出可能达到的最高电压。 如果您使用3.3V 为 ADC 供电、这将保护 ADC 的输入。

    此致、

    化学文摘社

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    谢谢你。 不过、我将需要找到一个库存中的运算放大器。 TI 库存是否准确为0? Octopart 也有来自北美供应商的0。  

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    非常确信使用 的是 INA333运算放大器、但它不可用、而 INA 851确实可用。 在这种情况下、这是否是 INA 851的适当布线? 电流电阻器。 在不进行仿真的情况下、我认为这些是:

    RG 和 G02为 NC、因此增益为1。 电阻器不会产生增益误差。  

    VOCM 设置为接地、这应将输出限制为 INA851_VOUT-接地、INA851_VOUT_+限制为可编程电压。 假设电流仅是一种接地方式。 或者、略高于接地值的 VOCM 将对输出信号具有正直流失调电压。 是这样吗? 此输入无需缓冲。  

    钳位应在电流非常有限的情况下将输出限制在略高于钳位电压的水平。  

    FDA_IN 不需要连接。  

    非对称电源正常。  

    将尽可能使用 TINA 进行仿真。 对执行情况的反馈将不胜感激。 差分输出将通过小型滤波器直接进入 ADC。 我还看到有一个很好的 Excel 工作表。  

    本来想使用 INA333、如果 TI 有库存、我将会这样做、但与此同时、我必须使用可用的器件在现实世界中工作。  

    最棒的

    Brendan

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    您好!

    是的、我可以理解您对库存问题的沮丧。  

    我目前正在研究这个(FDA 原理图)、请允许我花点时间、我将向您提供答案。

    此致、

    化学文摘社

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    非常感谢。  

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    您好!

    您对电路的直觉是正确的、但存在一个问题。  Vocm 引脚必须比 VCLAMP-引脚高1V。

    除了电路看起来正常之外、您还需要确保 IN-上的 GND 与电阻器之间的开尔文连接。

      您可以将精密运算放大器与 LM7705配合使用。 将其置于增益为1V/V 的差分拓扑中

    此致、

    化学文摘社

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    您好、再说一次、

    如果您希望使用 FDA、我会将您的电路要求发布给 FDA 团队、并让 FDA 专家帮助您选择一个。 我对 TI 的所有 FDA 的了解有限。  

    此致、

    化学文摘社

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    您好 CAS、  

    我将更改 VCLAMP 配置并使用它。 感谢您的所有支持。  

    最棒的

    Brendan