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[参考译文] INA149:用于高侧电压测量的 INA149

Guru**** 657930 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA186, INA149, INA143, OPA333
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/1222055/ina149-ina149-for-high-side-voltage-measurement

器件型号:INA149
主题中讨论的其他器件:OPA186INA143OPA333

您好!  

我需要测量电池电压(0和5V 之间)、如附加图像顶部的 INA149输入所示。 该蓄电池负极或正极可以随时连接至12V、也可以断开。 这是通过未显示的继电器完成的。 然后需要将 INA149的输出馈送到24位 ADC 进行测量。 此 ADC 的最大输入为3.0V。 因此、我通过 OPA186将电压下调了1/2。 这是一种高精度的电池电压测量方法吗、或者还有其他更好的解决方案吗? 电流检测放大器是否适合该应用? 我想测量远低于1mV 误差的电池电压。  

谢谢!

Brendan  

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    作者:Brendan、

    1.  分压器是解决此问题的常用方法。  它将具有与分压器容差相关的增益误差和漂移。  如果进行校准、则可以消除增益误差。  0.1%的容差和20ppm/C 的漂移是一种常见的选择、可最大限度地减小误差、同时仍保持合理的成本。  如果不进行校准、在这种情况下、误差可能高达0.2%。
    2. 一个可以提供更高精度的替代方法是使用具有衰减的 INA。  在这种情况下、INA 内部电阻器会被修整、并且还具有匹配的温度系数。   这意味着增益误差和漂移将比分立式分压器方法小得多。  INA143是增益为0.1的器件示例。  该增益小于目标增益、但如果连接到24位 ADC、则可以在不使用整个输入信号范围的情况下获得良好的精度。  此外、许多24位 ADC 都具有内部 PGA、因此您可以根据需要增大信号。  请参阅下面的示例原理图
    3. OPA186针对更宽的电源范围进行了优化。  如果您要使用3V 输入来驱动 ADC、您应该考虑使用具有3V 电源选项的运算放大器、该选项 针对更低的电源电压进行了优化。  在下面的示例中、我展示了 INA143与 OPA333。  在两个器件之间放置一个滤波器。  该滤波器用于限制带宽、但还会在 INA143和 OPA333之间提供一些保护。  请始终注意、具有高电源电压的器件输出的电压可能与电源相等。  这可能会损坏低压器件。  因此、例如、在启动期间或输入悬空时、INA143会具有+/-15V 的瞬态输出。  两个器件之间的10k 电阻器应提供一定的保护。
    4.  另一种选择是使 OPA333具有增益。  如果您的24位 ADC 没有集成的 PGA、则可以这样做。
    5. 下面是原理图和 TINA 源文件。  我希望这对您有所帮助。

    Art Kay

    e2e.ti.com/.../gain_5F00_p1_5F00_3p3out.TSC

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    尊敬的 Art:  

    关于解决方案1、我在下面提供了一幅图、基本上、当继电器完全打开时、电池与系统之间没有任何参考。 因此、在接地端添加分压器会将电池的负极侧设置为 GND - BATV/2。 然后、我可以将这馈送到运算放大器中、但必须防止它将负电压输入到我的 ADC 中。 由于这个原因、并且因为我需要非常高阻抗的解决方案、我与这个解决方案有距离。

    关于后续内容、我认为 INA 143不会起作用、因为它不是高共模运算放大器。 我的电池需要完全打开、或者随时将负极或正极侧连接到12V。 因此、在某些情况下、相对于系统接地、我的电池正极将高达17V、在我所提供的正电源轨之上。  

    我选择 INA149、因为它可以向其中输入高于正轨的输入。 它还具有高阻抗。 请告诉我您的看法。 我当时还考虑使用电流感应放大器、因为其中一些放大器也具有高共模输入。  

    谢谢!

    Brendan  

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    作者:Brendan、

    您的原始 INA149可以很好地工作、但我建议您使用针对3V 工作电压进行优化的放大器来驱动24位转换器。  您认为 INA149将为您提供一个较大的共模范围。   可以选择输出端的分压器以确保3V 放大器的输入电压小于或等于3V。  在下面的示例中、我展示了一个分压器、该分压器将针对15V 输入输出3V。  然后、您可以向3V 放大器添加增益、使5V 信号提供更大的输出电压。  在这个示例中、我为 OPA333指定的增益为2、这样当 INA 输入为5V 时、输出为2V。  请注意、这个电路绝不会为任一输入提供大于3V 的输出、所以这将保持您的 ADC 输入处于安全范围内。  请记住、分压器会引入一些增益误差、因此应针对分压器和放大器增益选择精密电阻器。  请注意、您也可以为放大器选择一个缓冲器配置、这将不会引入任何明显的增益误差。   

    e2e.ti.com/.../ina149_2D00_div.TSC

    此致、

    艺术

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    尊敬的 Art:  

    谢谢您的建议。 我将使用3V 运算放大器来驱动 ADC。 还有一点我不确定我是否会在这里提到。 如果用户反向插入电池、该怎么办? 最好仍然能够读取该电压、从而不会损坏系统。 在电流配置中、我认为 INA149将输出负电压、然后这将进入 OPAx333、对吗? 这会损害 OPA333。 我正在寻找与此相关的设计方法。  

    谢谢!

    Brendan  

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    尊敬的 Art:  

    我只需向 RefA 和 RegB 添加一个偏移并移动输出。 是否有方法可以使该运算放大器的阻抗更高? 现在大约是800千欧。 如果它是10M Ω 或更高、那就很好了。 是否可以另一个阻抗更高的运算放大器工作?  

    谢谢!

    Brendan  

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    作者:Brendan、

    是的、您可以向 RefA 和 RefB 添加偏移以移动输出。  但是、该失调电压需要来自放大器、基准或另一个低阻抗源。  换句话说、不能仅使用分压器、因为分压器的阻抗将与 RefA 和 RefB 的输入阻抗相互作用。  您可以使用分压器来缓冲基准电压。    有关这方面的更多信息、请参阅 www.electronicproducts.com/.../。

    在这种情况下、增加输入阻抗很困难。  您不能只添加与输入串联的外部电阻器、因为这将影响电路增益。   您可以使用简单的运算放大器缓冲器、但在这种情况下、共模受到缓冲放大器的限制、因此 INA149的主要特性 (宽共模)不再有效。  

    您能否画出一个图表来说明 INA 如何连接到您的电池?  您能否提供源阻抗值?  如果我更好地了解您的源配置、我可能会提供更好的建议、并且还可以估算源阻抗导致的负载误差。

    此致、

    艺术

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    尊敬的 Art:  

    我能否在一个不向公众开放的论坛上分享它? 我会在等待回复的同时键入更多信息。  

    谢谢!

    Brendan  

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    作者:Brendan、

    向我发送 E2E 好友申请。  我会以私人消息的形式向您发送电子邮件、我们可以脱机接收。  我将关闭该主题。  

    艺术

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    已发送。 期待与您交谈。