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[参考译文] INA236:电流读数精度和分辨率

Guru**** 2511985 points
Other Parts Discussed in Thread: INA236, INA229, INA228

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/1239168/ina236-current-reading-accuracy-and-resolution

器件型号:INA236
主题中讨论的其他器件: INA229INA228

您好!

我们在系统中使用 INA236AIDDFR 作为电流监测计。 我们希望此芯片能在我们的产品中实现两个功能。 (A)高精度负载电流监测器。 (b)在发生过流事件时输出警报信号。 我在该线程中的问题侧重于函数(a)。

下面是与我们产品中的 INA236相关的部分原理图。

下面是关于我们的电路和设计的一些信息:

1.总线电压:48V 直流。

2. R8、R17和 R19的容差均为1%。 C35的容差为10%。

3. ADCRANGE = 0、因此分流电压输入范围高达+/-81.92mV。

4. ADC 转换时间:分流电压140us、总线电压140us。 我们之所以缩短这个时间、是因为在某些过流事件中、我们希望能够尽快将 ALERT 信号置位。

5.样本平均数字:16。 我们设置这个数字是为了避免电流读取期间噪声的影响。

6.基于上述转换时间及平均值计算, ENOB 应为15.1。 因此、我们期望电流读数的分辨率为1.17mA。

我们预计、当负载电流高达10A 时、INA236的电流读数可以指示1mA (假设理论分辨率为1.17mA、则至少3mA)的差异。 例如、我们希望它能可靠地将8.005A 与8.008A 区分开来。 但在实际测试中、我们发现当前读数会漂移。 例如、当我们预期读数为100mA 时、实际读数 会 在97mA 至103mA 之间不断变化。 在我们的测试中、漂移范围大约为5到8mA。 我们尝试了电子负载和电阻虚拟负载、但得到了非常类似的结果。

我可以认为导致读数漂移的原因可能是:

(a)平均数字16不足以滤除噪音。 可能应该尝试更高的数字。

(b)放大器0.1%的最大增益误差。 但这似乎不会使读数漂移几 mA。

(c)电路板上的一些噪声会在分流电阻器上产生多个 UV 电压、从而导致 mA 电流读数。 遗憾的是、我们没有任何设备来测量 UV 电平电压。

(D)实际负载电流确实会发生漂移。 然而、当我们使用电阻模拟负载进行测试时、我们预计负载电流应该非常稳定。

我们的问题是:

1.是否有建议可以使 INA236电流读数更稳定?

2.更重要的是,我们的设计(包括元件的容差),在现实中,我们可以期望什么作为电流读数的分辨率? 您知道任何使用 INA236的应用都可以区分 mA 电平的差异吗?

谢谢!

  • 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。

    Michael、

    您是否尝试过使用不同的平均值进行实验? 我通常同意您的分析-我们器件上的大多数误差源在稳定的运行条件下应该相对稳定。 如果您增加平均值来过滤任何噪声、您应该能够确定噪声在多大程度上导致了您的误差值。 您可能需要考虑的另一个误差源是温度漂移-使用我们的 Excel 误差计算器我计算出、您可能会在整个温度范围内看到高达1.5%的误差-器件在运行期间的温度变化是多少?

    如果您看到的误差是由噪声引起的、增加样本取平均值也许是提高分辨率(消除噪声)的最有效方法。 如果您愿意增加足够的平均值数量、我希望您可以将噪声降低到器件的全分辨率。 对于此解决方案、您必须接受的缺点是、数据将以较慢的速率提供给微控制器、因为器件会对更多的转换求平均值。

    我还注意到共模电压处于器件范围限制范围内。 将共模电压提高到48V 以上将导致器件离开线性范围、并且高于50V 可能导致器件故障、因此您可能需要确保遵守这些器件规格。

    为了降低电路板上的噪声、您可能希望增大分流电阻器的大小、这将允许您减小校准寄存器值。 这将降低分流电阻器和 INA236之间产生的噪声。 对于最大电流10A、您可以使用高达8mΩ Ω 的分流电阻器。

    您可能还希望在遵守数据表指导原则的同时增加输入滤波器上的电容器或电阻器的大小。 这将减少器件输入上的电流噪声。

    Unknown 说:
    2. 更重要的是、根据我们的设计(包括元件的容差)、实际中电流读数的分辨率可以得到什么? 您知道任何使用 INA236的应用都可以区分 mA 电平的差异吗?

    对于您的应用、看起来分辨率更依赖于周围的电路、因此我很难给出建议。 组件容差引起的误差可以使用我在上面链接的 Excel 计算器计算得出:

    请告诉我我的建议是否有助于解决这个问题、

    列维德弗里斯

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    您好、Levi:

    感谢您的答复和建议。

    我们已经注意到负载电阻器甚至 PCB 板上的温度升高、但我们没有测量到。 室温为25°C 时、估算值大约为40°C、我们将尝试在下一个测试中进行测量。

    我们还将尝试增加平均值数值、以减轻噪声的影响。 幸运的是、MCU 的数据速率在我们的应用中并不是一个大问题。

    输入电压可能是我们关心的一个问题、因为您提到了器件可能会离开其线性范围。 有没有任何数据可以显示不同输入电压产生的这种影响?

    实际上、我们需要将此电流传感器用作过流保护方案的一部分(例如电子保险丝)。 我们的电流限制为10A。 当出现高于10A 的瞬态过流时、我们仍希望 ALERT 不会被置位。 虽然如果负载高于30A 或40A (例如短路)、我们预计 ALERT 信号将尽可能快地被置位。 因此、我们使用2m Ω 分流电阻器、以便该器件能够识别40A 电流。

    对于输入滤波器、我们还会尝试微调电阻器和电容器的值、检查它是否有用。

    所以、我的理解是、如果所有配置都正确、INA236应该能够可靠地读取 mA 级电流。 对吧?

    无论如何、感谢您的建议、我们将在接下来的几天进行更多测试。

  • 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。

    Michael、

    我们注意到负载电阻器甚至 PCB 板上的温度升高,但我们没有测量它。 室温为25°C 时、估算值约为40°C、我们将尝试在下一次测试中进行测量。

    这可能是部分漂移的原因、但根据您的描述、您的系统上的噪声可能是其中大部分原因。 根据您的说法、数据速率不是很大的问题、因此增加平均值的数量是减少这些误差的一种好方法。 请记住、在平均值的最大数量下、微控制器每秒只能获得大约3.5个样本(警报仍将以相同的速度运行)

    输入电压可能对我们来说是个问题,因为您提到该器件可能会保留其线性范围。 是否有任何数据可以显示不同输入电压的这种影响?

    当超过建议的工作条件(包括器件的线性范围)时、器件会保留数据表上电气特性指定的范围、因此如果共模电压上升到48V 以上、则不会指定器件的行为。

    如果您计划在接近此限值的情况下运行、还应注意器件的绝对最大额定值为50V、超过此限值、器件可能会由于 EOS 而出现故障。 任何可能使 共模电压高于50V 的瞬变都应视为潜在的故障事件。

    INA229是我们提供的另一款数字功率监控器、如果 INA236的 Vcm 范围对于您的应用来说不够大、它可以承受高达85V 的共模电压。 INA229还具有更大的感应范围、因此您可以使用更大的感应电阻器来降低噪声影响。

    所以、我的理解是、如果所有配置都正确、INA236应该能够可靠地读取 mA 级电流。 对吧?

    无论如何、感谢您的建议、我们将在接下来的几天进行更多测试。

    [/报价]

    INA236能够读取 mA 级电流。 输入电路的噪声 可能是您实现该精度水平的主要障碍、但该器件能够达到 ENOB 中列出的精度水平。

    到目前为止、我们的讨论大部分内容仅与器件的精度(稳定性/可重复性或分辨率)有关、但您还应注意、器件的精度(测量值与实际值的接近程度)将受您的设计选择的限制。 目前限制精度的系统中最显著的影响是电阻器的容差、在10A 和1%时会产生100mA 的误差。 如果您只对系统的相对读数或校准这些误差感兴趣、那么这可能不是您的应用需要考虑的问题。

    如果我可以提供更多帮助、请告诉我、

    列维德弗里斯

  • 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。

    Michael、

    我们注意到负载电阻器甚至 PCB 板上的温度升高,但我们没有测量它。 室温为25°C 时、估算值约为40°C、我们将尝试在下一次测试中进行测量。

    这可能是部分漂移的原因、但根据您的描述、您的系统上的噪声可能是其中大部分原因。 根据您的说法、数据速率不是很大的问题、因此增加平均值的数量是减少这些误差的一种好方法。 请记住、在平均值的最大数量下、微控制器每秒只能获得大约3.5个样本(警报仍将以相同的速度运行)

    输入电压可能对我们来说是个问题,因为您提到该器件可能会保留其线性范围。 是否有任何数据可以显示不同输入电压的这种影响?

    当超过建议的工作条件(包括器件的线性范围)时、器件会保留数据表上电气特性指定的范围、因此如果共模电压上升到48V 以上、则不会指定器件的行为。

    如果您计划在接近此限值的情况下运行、还应注意器件的绝对最大额定值为50V、超过此限值、器件可能会由于 EOS 而出现故障。 任何可能使 共模电压高于50V 的瞬变都应视为潜在的故障事件。

    INA229是我们提供的另一款数字功率监控器、如果 INA236的 Vcm 范围对于您的应用来说不够大、它可以承受高达85V 的共模电压。 INA229还具有更大的感应范围、因此您可以使用更大的感应电阻器来降低噪声影响。

    所以、我的理解是、如果所有配置都正确、INA236应该能够可靠地读取 mA 级电流。 对吧?

    无论如何、感谢您的建议、我们将在接下来的几天进行更多测试。

    [/报价]

    INA236能够读取 mA 级电流。 输入电路的噪声 可能是您实现该精度水平的主要障碍、但该器件能够达到 ENOB 中列出的精度水平。

    到目前为止、我们的讨论大部分内容仅与器件的精度(稳定性/可重复性或分辨率)有关、但您还应注意、器件的精度(测量值与实际值的接近程度)将受您的设计选择的限制。 目前限制精度的系统中最显著的影响是电阻器的容差、在10A 和1%时会产生100mA 的误差。 如果您只对系统的相对读数或校准这些误差感兴趣、那么这可能不是您的应用需要考虑的问题。

    如果我可以提供更多帮助、请告诉我、

    列维德弗里斯

  • 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。

    您好、Levi:

    感谢您的答复和 INA229的建议。

    我们将在 INA236上进行更多测试、并进一步研究 INA229 (也是具有 I2C 接口的 INA228)。 在这个阶段、我想我已经有足够的信息可以继续。

    谢谢!

    迈克尔