Präzisionsstromerkennungs- und -überwachungsschaltung mit IC NCS21xR

Wenn Sie nach aktuellen Shunt-Monitoren oder Stromerfassungsverstärkern suchen, sind Sie auf der richtigen Seite gelandet.

Current Shunt Monitor ist ein Instrumentenverstärker, der erfasst den Strom über einen Nebenschlusswiderstand in einem System und wandelt ihn in einen logischen Signalausgang zum Auslösen eines Schaltgeräts wie eines Relais, eines Transistors oder eines SCR um.

Das Schaltgerät wird verwendet, um die Ursache des ansteigenden Stroms über den Nebenschlusswiderstand entweder abzuschalten oder abzuschalten, wodurch ein Schutz für das Gerät gewährleistet wird, das vom Erfassungsverstärker überwacht wird.

Warum wir die Stromerfassung benötigen und wo wir die aktuellen Shunt-Monitore verwenden können:

• Energieverwaltung in DC-DC-Wandler und Low Dropout (LDO) Spannungsregler
• Notebook, Tablets und andere Kommunikationsgeräte.
• Elektrische Fahrzeuge
• Ladegeräte zu Überwachen Sie das Laden und Entladen .
• Einstellen der korrekten Magnetpositionierung in Schaltkreisen
• Zur Überwachung des Leistungsbedarfs von Motor und Steuern Sie die Geschwindigkeit im Motorsteuerungssystem.
• Erfassen Sie den Strom, um einen abnormalen plötzlichen Vorgang zu schützen Stromstoß im System, das das System beschädigen kann.
• Erfassen Sie den Stromfluss und messen Sie die Leistung über einen Wattmeter.

Ob Sie ein Hobbyist, Elektriker, Student oder ein professioneller Ingenieur sind 'NCS21xR und NCV21xR' Eine IC-Familie von ON Semiconductor ist die beste Lösung für Sie.

Dies sind die Spannungsausgangs- und Strom-Shunt-Monitore, die die Spannungen am Shunt-Widerstand überwachen können.

Unabhängig von der Stromversorgung kann der Operationsverstärker NCS21 im Gleichtakt die Spannung von -0,3 bis 26 V messen. Um den Strom in einem Stromkreis zu messen oder zu erfassen, haben Sie zwei Möglichkeiten:

Low Side Sensing ist die einfachste und kostengünstigste Technik, bei der Sie eine einfache anschließen können Operationsverstärker .

Das Stromerfassungsschaltung kann zwischen Last und Masse angeschlossen werden. Bei diskreten Operationsverstärkern (Operationsverstärkern), die den Shunt mit Masse verbinden, kann das Rauschen auftreten. Dieses Problem wird jedoch in NCS21xR behoben.

Während der High-Side-Stromerfassung sollte der Überwachungskreis zwischen Versorgung und Last angeschlossen werden.

Der NCS21xR-IC ist sehr hilfreich, um Strom sowohl von High-Side- als auch von Low-Side-Techniken zu erfassen.

Die NCS21xR-ICs sind hochempfindliche Strom-Shunt-Monitore, die für genaue Stromerfassungsanwendungen verwendet werden können.

Hauptmerkmale:

Einige Hauptmerkmale von NCS21xR- und NCV-ICs sind:

• Betriebsspannungen + 2,2 V bis + 26 V.
• Sehr vielfältiger Betriebstemperaturbereich (-40 ° C bis + 125 ° C)
• Stromverbrauch 40µA bis 80µA am besten geeigneter IC für batteriebetriebene Geräte (Sensoren, Notebook usw.)
• Ein guter Dynamikbereich des Rail-to-Rail-Ausgangs (RRO) für Verstärker zur Bearbeitung von Signalen.
• Die geringe Offset-Drift (0,5 µV / ° C) macht es ideal für eine Vielzahl von Präzisions- und tragbaren Anwendungen.
• Erfordert eine sehr niedrige Offset-Spannung von ± 35 µV am Eingang, damit der Ausgang 0 ist.

PIN-Funktionen und Konfiguration:

Die ICs NCS21xR und NVC21xR sind in zwei Konfigurationspaketen erhältlich, SC70-6 und UQFN10 (siehe Abbildung).

IN- und IN + -Pins sind über den Shunt-Widerstand im Stromkreis zu verbinden. Vs- und GND-Pins dienen zur Stromversorgung des IC für den Betrieb.

Der OUT-Pin ist für das Ausgangssignal des Verstärkers vorgesehen.

Der REF-Pin ist im unidirektionalen Betrieb mit Masse zu verbinden, und im bidirektionalen Betrieb sollte der REF mit dem Spannungsreferenzkreis verbunden werden.

So wählen Sie den Shunt-Widerstand aus:

Die Auswahl des Shunt-Widerstands ist der Schlüsselfaktor für die genaue Strommessung.

Die Genauigkeit der Strommessung hängt von der Größe und dem Wert des Nebenschlusswiderstands ab.

Wenn Sie den größeren Widerstandswert auswählen, erhalten Sie möglicherweise die genauere Messung, aber der größere Widerstand kann zu Stromverlusten führen.

Es wird vom Hersteller empfohlen, den Widerstand mit vier Anschlüssen zu verwenden.

Es bietet 2 Anschlüsse für den Strompfad in der Schaltung und zwei Anschlüsse für den Spannungserfassungspfad, den der Verstärker erfassen kann.

Unidirektionaler Betrieb:

Im unidirektionalen Betrieb fließt der Strom wie Stromversorgungen und Laststromüberwachungsschaltungen nur in eine Richtung. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um den NCS21 für den unidirektionalen Betrieb anzuschließen:

1. Verbinden Sie den Shunt-Widerstand und die Laststromversorgung mit den Differenzeingangspins des IC.
2. Verbinden Sie den REF-Pin mit Masse.
3. Stellen Sie die Stromversorgung für den IC über Vs und den GND-Pin bereit. Der IC kann über eine separate Stromversorgung oder dieselbe Stromversorgung der Last mit Strom versorgt werden.
4. Wenn Sie einen Kurzschlussstrom an der Laststromversorgung erkennen möchten, verwenden Sie die separate Stromversorgung für den IC.

Ausgabe 1: Wenn der REF-Pin geerdet ist und kein Strom durch den Shunt-Widerstand fließt, liegt der Ausgang des NCS21xR innerhalb von 50 mV.

Ausgabe 2: Wenn Strom durch den Nebenschlusswiderstand fließt, beträgt der Ausgang bis zu 200 mV der angelegten Versorgungsspannung VS.

Bidirektionaler Betrieb:

Bei einem bidirektionalen Strom-Shunt-Monitor arbeitet die Schaltung sowohl bei negativen als auch bei positiven Gleichtaktspannungen.

Bidirektionale Strom-Shunt-Überwachungsschaltungen werden im Batterieladesystem verwendet, um den Strom in beide Richtungen (während des Ladens und Entladens) zu erfassen.

Der Ausgang im bidirektionalen Betrieb variiert zwischen negativen und positiven Spannungen um eine am REF-Pin angelegte Vorspannung. Für den bidirektionalen Betrieb sollten die Pins von NCDS21xR wie folgt verbunden werden:

1. Verbinden Sie den Shunt-Widerstand und die Laststromversorgung mit den Differenzeingangspins (IN- und IN +) des IC
2. Der Spannungsreferenzkreis muss an den REF-Pin angeschlossen werden. Der Stromkreis muss niederohmig sein.
3. Der REF-Pin kann in Reihe oder Shunt an die Spannungsreferenz oder direkt an eine beliebige Spannungsversorgung angeschlossen werden.
4. Stellen Sie die Stromversorgung für den IC über Vs und den GND-Pin bereit.

Ausgabe: Wenn die Spannung die Spannung (Vs + 0,3 V) am REF-Pin überschreitet, wird die zwischen den Pins REF und Vs angeschlossene Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt.

Filterung von Input und Output:

Die Filterung des Eingangs- und Ausgangssignals ist für Kommunikationsgeräte und -schaltungen sehr wichtig.

Die Eingangsdifferenzsignale bei Gleichtaktspannung können während der High-Side-Erfassung verstärkt werden.

Die Geräte können die kleinen Spannungen und Rauschen bei sehr hohem Pegel über den Shunt verstärken, was zu einem Fehler bei der Strommessung führen kann.

Um die Genauigkeit der Messung zu verbessern, muss der Eingangspfad der Stromerfassung gefiltert werden.

Die Implementierung von Filtern kann durch Hinzufügen des Filterwiderstands erfolgen, wie in der Abbildung gezeigt.

Die falsche Auswahl des Filterwiderstands kann zu einer ungenauen Verstärkung führen. Es wird empfohlen, dass der Wert des Eingangswiderstands kleiner oder gleich 10 Ω ist.

Ein Kondensator kann hinzugefügt werden, um der Zeitkonstante des Nebenschlusswiderstands zu entsprechen. Um ein Hochfrequenzrauschen zu filtern, sollte der Wert des Kondensators auf einen Wert erhöht werden, der die erforderliche Filterung liefert.

Transienten über 30 Volt:

NCS21xR bietet die Möglichkeit, die Schaltung für Anwendungen mit transienten Gleichtaktspannungen von mehr als 30 Volt zu entwerfen.

ZU Zenerdiode oder TVS-Dioden (Transient Voltage Suppression) können mit einem externen Eingangswiderstand von 10 Ω platziert werden. Sie haben zwei Möglichkeiten, um die Dioden zu reparieren:

Option 1: Befestigen Sie eine einzelne TVS-Diode mit zwei Dioden über dem Verstärker, wie in der folgenden Abbildung grün hervorgehoben:

Option 2: Fügen Sie TVS-Dioden hinzu, wie in der folgenden Abbildung blau hervorgehoben

NCS21xR herunterfahren:

ZU Logikgatter oder MOSFET Netzschalter oder a Transistor-Verriegelung kann mit dem OUT-Pin des NCS21xR konfiguriert werden, um die Stromversorgung des IC auszuschalten und die zugehörige Schaltung vor der erkannten Überstromsituation zu schützen.