Jste zde

Posílení rozsahu zesilovačů pro snímání velikosti protékajícího proudu

Jan Robenek, 13. Leden 2011 - 0:00

Jednoduchou možnost, kterak navýšit vstupní napěťový rozsah až na 150 V, naznačuje aplikační poznámka Maximu s názvem Extend range of current-sense amplifiers.

Jak ostatně uvidíme na připojeném obrázku, přidáním jediného tranzistoru můžeme zdvojnásobit přípustný napěťový rozsah (limit) zesilovačů pro snímání velikosti protékajícího proudu (Current-Sense Amplifier) a to tak, že společně zapojíme dva takové zesilovače – jeden na druhý. Napěťový signál spodního zesilovače pak odpovídá velikosti proudu, stejně jako úbytku napětí na snímacím rezistoru, znásobeno celkovým zesílením struktury, složené ze dvou zesilovacích stupňů – integrovaných obvodů. Článek podobného znění rovněž vyšel v časopise PET, vydání z 1. května 2008.

Zesilovače pro snímání velikosti protékajícího proudu typu

high – side

(dle definice se jedná o prvek, zapojený mezi napájení a příslušnou zátěž; aplikace, snímající velikost protékajícího proudu ve stylu high – side, jej pak vyhodnocují na základě změřeného napěťového úbytku na rezistoru, umístěném právě mezi zmíněným napájecím zdrojem a jeho zátěží)

řadíme mezi relativně levné polovodičové struktury, vyhodnocující proudové odběry v souvislosti s napětím, které výrazně překračuje úrovně, na kterých následně dochází ke zpracování nasnímaných údajů. Jedno z několika omezení při nasazování takových čipů pak spočívá právě v maximálním přípustném napěťovém rozdílu mezi rezistorem, kterým necháváme protékat zkoumaný proud (rezistor bude připojen na vstupy snímacího zesilovače) a společnou svorkou (zemí) obvodů pro sběr dat. I v případě nové generace zesilovačů pro snímání velikosti protékajícího proudu činí takový limit něco okolo 75 V (některé postřehy ve věci praktického nakládání s údaji z technické dokumentace – datasheetů jsme publikovali v příspěvku s názvem Jak číst v datasheetu mezi řádky?).

Obr. 1: Tímto způsobem zdvojnásobíme rozsah napájecího napětí, na jehož základě pak lze vyhodnocovat velikost protékajícího proudu

Schéma zapojení, zachycené na obr. 1, nám takový limit umožní zdvojnásobit – použijeme k tomu dva zesilovače pro snímání velikosti protékajícího proudu, přičemž výstup prvního zavádíme na vstup toho druhého, a také jedno – tranzistorové řešení distribuce napětí. Výsledné napěťové zesílení – uvažované od rozdílového vstupu horního zesilovače, ke kterému připojujeme snímací rezistor, až na výstup kombinované struktury, na spodním zesilovacím stupni označený jako Output, pak odráží dílčí zesílení obou stupňů (Av se v obou případech rovná pěti), tj. celkem 25.

Obr. 2: Lineární závislost mezi výstupním a rozdílovým vstupním napětím dle obr. 1

Na obrázcích č. 2 a 3 pak ilustrujeme konkrétní vlastnosti našeho zapojení v kontextu rozdílového vstupního napětí a také změn napájení (rozsah). Více informací o integrovaném obvodu MAX4080F včetně ucelené dokumentace naleznete na stránkách výrobce, viz také část Download a odkazy na konci článku.

Obr. 3: Výstup struktury na obr. 1 prakticky nebude dotčen změnami napájecího napětí (pozn.: Jak se zdá, vstupnímu rozdílu 100 mV zde již neodpovídá předchozích 2,5 V, ale téměř 5 V; mV rozsah napájecího napětí zase může až podezřele připomínat skutečný a zdvojnásobený rozsah napájecího zdroje na obr. 1, tj. 20 V až 150 V)