Precision Current Sensing and Monitoring Circuit med IC NCS21xR

Om du letar efter aktuella shuntmonitorer eller strömavkänningsförstärkare har du hamnat på rätt sida.

Nuvarande shuntmonitor är en instrumentförstärkare som känner av strömmen över ett shuntmotstånd i ett system och omvandlar det till en logisk signalutgång för att utlösa en omkopplingsanordning, såsom ett relä, transistor eller en SCR.

Omkopplingsanordningen används för att antingen stänga av eller stänga av orsaken till den stigande strömmen över shuntmotståndet och därigenom säkerställa skydd för anordningen som övervakas av avkänningsförstärkaren.

Varför behöver vi strömavkänningen och var vi kan använda de aktuella shuntmonitorerna:

• Energihantering i DC-DC-omvandlare och lågt frånfall (LDO) spänningsregulatorer
• Bärbar dator, surfplattor och andra kommunikationsenheter.
• Elektriska fordon
• Batteriladdare till övervaka laddning och urladdning .
• För att justera rätt magnetplacering i kretsar
• För att övervaka effektbehovet för Motor och kontrollera hastigheten i motorstyrningssystemet.
• Känn strömmen för att skydda en onormal plötslig strömflöde i systemet, vilket kan skada systemet.
• Känn strömflödet och mät watteffekten via wattmätaren.

Oavsett om du är hobbyist, elektriker, student eller professionell ingenjör “NCS21xR och NCV21xR” familj av IC: er från ON Semiconductor är den bästa lösningen för dig.

Dessa är spänningsutgångar och ström shuntmonitorer som kan övervaka spänningarna över shuntmotståndet.

Oavsett strömförsörjning kan NCS21 op amp mäta spänningen från -0,3 till 26V vid vanligt läge. För att mäta eller känna av strömmen i en krets har du två alternativ:

Lågsidesavkänning är den enklaste och billigaste tekniken där du kan ansluta en enkel operationsförstärkare .

De strömavkänningskrets kan anslutas mellan last och mark. I diskreta operativa förstärkare (Op Amp) som ansluter shunten till marken kan det medföra brus, men problemet löses i NCS21xR.

Medan strömavkänning på hög sida ska övervakningskretsen vara ansluten mellan matning och belastning.

NCS21xR IC är till stor hjälp för att känna av ström från både tekniker på hög sida och låg sida.

NCS21xR IC-serien är högkänsliga ström shuntmonitorer, som kan användas för exakta strömavkänningsapplikationer.

Framträdande dragen:

Några viktiga funktioner i NCS21xR och NCV IC: er är följande:

• Driftspänningar + 2,2V till + 26V
• Mycket varierande temperaturområde (-40 ° C till + 125 ° C)
• Strömförbrukning 40 µA till 80 µA bäst lämplig IC för batteridrivna enheter (sensorer, bärbara datorer etc.)
• Ett bra dynamiskt område för sken-till-skena-utgång (RRO) för förstärkaren att arbeta med signaler.
• Låga offsetdrift (0,5 µV / ° C) gör den idealisk för en mängd olika precision och bärbara applikationer.
• Kräver mycket låg förskjutningsspänning ± 35 µV vid ingången för att få utgången att vara 0.

PIN-funktioner och konfiguration:

NCS21xR och NVC21xR IC finns i två konfigurationspaket, SC70-6 och UQFN10 som visas på bilden.

IN- och IN + -stiften ska anslutas över shuntmotståndet i kretsen. Vs och GND-stift är för strömförsörjning till IC för drift.

OUT-stift är avsett för utsignalen från förstärkaren.

REF-stift ska anslutas till jord i enkelriktad drift och i dubbelriktad drift ska REF anslutas till spänningsreferenskrets.

Hur man väljer Shunt-motstånd:

Valet av shuntmotstånd är nyckelfaktorn för att få den exakta strömmätningen.

Noggrannheten för strömmätningen beror på storleken och värdet på shuntmotståndet.

Om du väljer det större motståndets värde kan du få en mer exakt mätning, men det större motståndet kan införa de aktuella förlusterna.

Det rekommenderas av tillverkaren att använda det fyra terminalmotståndet.

Det kommer att erbjuda två terminaler för strömvägen i kretsen och två terminaler för spänningsdetekteringsväg för förstärkaren att känna av.

Enkelriktad drift:

I enkelriktad drift strömmar strömmen bara i en riktning, t.ex. strömförsörjning och övervakningskretsar för lastström. Gör följande för att ansluta NCS21 för enkelriktad drift:

1. Anslut shuntmotståndet och belastningen till IC-ingångens differentiella ingångsstift.
2. Anslut REF-stiftet med jord.
3. Tillhandahåll strömförsörjning för IC via V och GND-stift. IC kan drivas från separat strömförsörjning eller samma strömförsörjning av lasten.
4. Om du vill upptäcka kortslutningsström vid belastningsströmförsörjningen, använd sedan separat strömförsörjning för IC.

Utgång 1: Om REF-stift är jordat och det inte finns någon ström som passerar genom shuntmotstånd, kommer utgången från NCS21xR att ligga inom 50mV.

Utgång 2: När det går ström genom shuntmotstånd kommer utgången att vara upp till 200 mV av den applicerade matningsspänningen VS.

Dubbelriktad operation:

I dubbelriktad ström shuntmonitor arbetar kretsen med både negativa och positiva common mode-spänningar.

Dubbelriktad ström shuntövervakningskretsar används i batteriladdningssystemet för att detektera strömmen i båda riktningarna (under laddning och urladdning).

Utgången i dubbelriktad drift varierar mellan negativa och positiva spänningar runt en förspänning applicerad på REF-stift. För dubbelriktad drift ska stiften på NCDS21xR anslutas enligt följande:

1. Anslut shuntmotståndet och belastningen till IC-ingångens differentiella ingångsstift (IN- och IN +)
2. Spänningsreferenskrets ska anslutas till REF-stift, kretsen måste ha låg impedans.
3. REF-stift kan anslutas i serie eller shunt till spänningsreferens eller direkt till valfri spänningsförsörjning.
4. Tillhandahåll strömförsörjning för IC via V och GND-stift.

Produktion: Om spänningen överstiger spänningen (Vs + 0,3 V) vid REF-stift, kommer den att förspänna den diod som är ansluten mellan stiften REF och Vs.

Filtrering av in- och utdata:

Filtrering av in- och utsignal är mycket viktigt för kommunikationsenheter och kretsar.

Ingångsdifferentialsignalerna vid gemensam modspänning kan förstärkas under avkänningen på högsidan.

Enheterna kan förstärka de små spänningarna och bruset på mycket hög nivå över shunten, vilket kan leda till ett fel i strömmätningen.

För att förbättra mätnoggrannheten är det nödvändigt att filtrera inmatningsvägen för den nuvarande avkänningen.

Implementeringen av filter kan göras genom att lägga till filtermotståndet som visas i figuren.

Fel val av filtermotstånd kan leda till felaktig förstärkning. Det rekommenderas att värdet på ingångsmotståndet är mindre än eller lika med 10Ω.

En kondensator kan läggas till för att matcha tidskonstanten för shuntmotståndet. För att filtrera högfrekvent brus bör kondensatorns värde ökas till ett värde som ger önskad filtrering.

Transienter som överstiger 30 volt:

NCS21xR erbjuder möjligheten att utforma kretsen för applikationer som har övergående gemensamma spänningar på mer än 30 volt.

TILL Zener-diod eller transient spänningsundertryckningsdioder (TVS) kan placeras med ett externt ingångsmotstånd på 10Ω. Du har två alternativ för att fixa dioderna:

Alternativ ett: Fixa en enda TVS-diod med två dioder över förstärkaren som markerad grön i bilden nedan:

Alternativ 2: Lägg till TVS-dioder som markerade blått i bilden nedan

Stänga av NCS21xR:

TILL logisk grind eller MOSFET strömbrytare, eller a transistorlåsning kan konfigureras med OUT-stiftet på NCS21xR för att stänga av strömmen till IC och skydda tillhörande kretsar från detekterade över nuvarande situation.