Precisie stroomdetectie- en bewakingscircuit met behulp van IC NCS21xR

Als u op zoek bent naar huidige shuntmonitors of current sense versterkers dan bent u op de juiste pagina beland.

Huidige shuntmonitor is een instrumentatieversterker die voelt de stroom over een shuntweerstand in een systeem, en zet deze om in een logische signaaluitgang voor het activeren van een schakelinrichting zoals een relais, transistor of een SCR.

De schakelinrichting wordt gebruikt om de oorzaak van de stijgende stroom over de shuntweerstand ofwel uit te schakelen, ofwel uit te schakelen, waardoor bescherming wordt geboden aan de inrichting die wordt bewaakt door de detectieversterker.

Waarom we de huidige detectie nodig hebben en waar we de huidige shuntmonitors kunnen gebruiken:

• Energiebeheer in DC-DC-omvormers en lage uitval (LDO) spanningsregelaars
• Notebook, tablets en andere communicatieapparatuur.
• Elektrische voertuigen
• Acculaders tot controleer het laden en ontladen ​
• Om de correcte plaatsing van de solenoïde in circuits aan te passen
• Om de stroomvereisten van Motor en controle over de snelheid in Motor Control-systeem.
• Voel de stroom om een ​​abnormale plotselinge te beschermen stroomstoot in het systeem, wat het systeem kan beschadigen.
• Voel de huidige stroom en meet het wattage via wattmeter.

Of je nu een hobbyist, elektricien, student of een professionele ingenieur bent, de 'NCS21xR en NCV21xR' familie van IC's van ON Semiconductor zijn de beste oplossing voor u.

Dit zijn de spanningsuitgangs- en stroomshuntmonitors die de spanningen over de shuntweerstand kunnen bewaken.

Ongeacht de stroomtoevoer kan de NCS21 opamp de spanning meten van -0,3 tot 26V in gewone modus. Om de stroom in een circuit te meten of te voelen, heb je twee opties:

Lage zijde detectie is de gemakkelijkste en goedkoopste techniek waarbij u een eenvoudig kunt aansluiten operationele versterker ​

De stroomdetectiecircuit kan worden aangesloten tussen de belasting en aarde. In discrete operationele versterkers (Op Amp) kan het verbinden van de shunt met aarde de ruis introduceren, maar dit probleem is opgelost in NCS21xR.

Tijdens het detecteren van hoge zijstroom moet het monitorcircuit worden aangesloten tussen de voeding en de belasting.

De NCS21xR IC is erg handig voor het detecteren van stroom van zowel hoge als lage zijde technieken.

De NCS21xR ICs-serie zijn hooggevoelige stroomshuntmonitors, die kunnen worden gebruikt voor nauwkeurige stroomdetectietoepassingen.

Opvallende kenmerken:

Enkele belangrijke kenmerken van NCS21xR en NCV IC's zijn:

• Bedrijfsspanningen + 2,2V tot + 26V
• Zeer divers bereik van bedrijfstemperaturen (-40 ° C tot + 125 ° C)
• Stroomverbruik 40 µA tot 80 µA, het meest geschikte IC voor apparaten op batterijen (sensoren, notebook enz.)
• Een goed dynamisch bereik van rail-to-rail output (RRO) voor versterker om op signalen te werken.
• Lage offset-drift (0,5 µ V / ° C) maakt het ideaal voor een verscheidenheid aan precisie- en draagbare toepassingen.
• Vereist een zeer lage offset-spanning van ± 35 µ V aan de ingang om ervoor te zorgen dat de uitgang 0 is.

PIN-functionaliteiten en configuratie:

De NCS21xR en NVC21xR IC's zijn verkrijgbaar in twee configuratiepakketten, SC70-6 en UQFN10, zoals weergegeven in de afbeelding.

IN- en IN + pinnen moeten worden aangesloten over de shuntweerstand in het circuit. Vs- en GND-pinnen zijn bedoeld voor stroomtoevoer naar de IC voor gebruik.

OUT-pin is aangewezen voor het uitgangssignaal van de versterker.

REF-pin moet worden verbonden met aarde in eenrichtingsbedrijf en in bidirectionele werking REF moet worden verbonden met een spanningsreferentiecircuit.

Hoe shuntweerstand te selecteren:

De selectie van de shuntweerstand is de belangrijkste factor om de precieze stroommeting te krijgen.

De nauwkeurigheid van de stroommeting hangt af van de grootte en waarde van de shuntweerstand.

Als u de grotere waarde van de weerstand selecteert, krijgt u mogelijk een nauwkeurigere meting, maar de grotere weerstand kan de stroomverliezen introduceren.

Het wordt door de fabrikant aanbevolen om de weerstand met vier aansluitingen te gebruiken.

Het biedt 2 aansluitingen voor het stroompad in het circuit en twee aansluitingen voor het spanningsdetectiepad dat de versterker kan detecteren.

Unidirectionele werking:

Bij eenrichtingsbedrijf vloeit de stroom slechts in één richting, zoals bij voedingen en belastingsstroombewakingscircuits. Voer de volgende stappen uit om de NCS21 aan te sluiten voor unidirectionele werking:

1. Verbind de shuntweerstand en de belastingsvoeding met de differentiële ingangspennen van de IC.
2. Verbind de REF-pin met aarde.
3. Zorg voor stroomtoevoer voor IC via Vs en GND-pin. IC kan worden gevoed door een afzonderlijke voeding of dezelfde voeding van de belasting.
4. Als u kortsluitstroom op de voeding van de belasting wilt detecteren, gebruikt u de afzonderlijke voeding voor de IC.

Uitgang 1: Als de REF-pin geaard is en er geen stroom door de shuntweerstand gaat, ligt de output van de NCS21xR binnen 50mV.

Uitgang 2: Als er stroom door de shuntweerstand gaat, is de output maximaal 200 mV van de toegepaste voedingsspanning VS.

Bi-directionele werking:

In bi-directionele stroomshuntmonitor werkt het circuit bij zowel negatieve als positieve common-mode spanningen.

Bi-directionele stroomshuntbewakingscircuits worden gebruikt in het batterijlaadsysteem om de stroom in beide richtingen te detecteren (tijdens opladen en ontladen).

De output in bidirectionele werking varieert tussen negatieve en positieve spanningen rond een voorspanning die wordt aangelegd op de REF-pin. Voor bidirectionele werking moeten de pinnen van de NCDS21xR als volgt worden aangesloten:

1. Verbind de shuntweerstand en de belastingsvoeding met de differentiële ingangspennen (IN- en IN +) van het IC
2. Het spanningsreferentiecircuit wordt verbonden met de REF-pin, het circuit moet een lage impedantie hebben.
3. REF-pin kan in serie worden aangesloten of shunt naar spanningsreferentie of rechtstreeks naar een willekeurige spanningsbron.
4. Zorg voor stroomtoevoer voor IC via Vs en GND-pin.

Uitgang: Als de spanning de spanning (Vs + 0.3V) op de REF-pin overschrijdt, wordt de diode die is aangesloten tussen de pinnen REF en Vs.

Filtering van input en output:

Het filteren van in- en uitgangssignalen is erg belangrijk voor communicatieapparatuur en circuits.

De differentiële ingangssignalen bij common-mode-spanning kunnen worden versterkt tijdens de detectie aan de hoge kant.

De apparaten kunnen de kleine spanningen en ruis op een zeer hoog niveau over de shunt versterken, wat kan resulteren in een fout in de stroommeting.

Om de meetnauwkeurigheid te verbeteren, is het nodig om het ingangspad van de stroomdetectie te filteren.

De implementatie van filters kan worden gedaan door de filterweerstand toe te voegen, zoals weergegeven in de afbeelding.

Een verkeerde selectie van de filterweerstand kan leiden tot een onnauwkeurige versterking. Het wordt aanbevolen dat de waarde van de ingangsweerstand kleiner is dan of gelijk is aan 10Ω.

Er kan een condensator worden toegevoegd die overeenkomt met de tijdconstante van de shuntweerstand. Om een ​​hoogfrequente ruis te filteren, moet de waarde van de condensator worden verhoogd tot een waarde die de vereiste filtering levert.

Transiënten van meer dan 30 volt:

NCS21xR biedt de mogelijkheid om het circuit te ontwerpen voor de toepassingen met transiënte common-mode spanningen van meer dan 30 volt.

NAAR Zener diode of transient voltage suppression (TVS) diodes kunnen worden geplaatst met een externe ingangsweerstand van 10Ω. U heeft twee opties om de diodes te bevestigen:

Optie één: Bevestig een enkele TVS-diode met twee diodes over de versterker zoals groen gemarkeerd in onderstaande afbeelding:

Optie 2: toevoegen aan TVS-diodes zoals blauw gemarkeerd in de onderstaande afbeelding

De NCS21xR afsluiten:

NAAR logische poort of MOSFET aan / uit-schakelaar, of een transistor vergrendeling kan worden geconfigureerd met de OUT-pin van de NCS21xR om de stroom naar de IC uit te schakelen en de bijbehorende circuits te beschermen tegen de gedetecteerde overstroomsituatie.