Мар 112012
 

Создаю новую рубрику, в которой буду давать информацию по электронным компонентам, в основном по тем, с которыми приходилось работать. Когда приходится заниматься подбором комплектующих на начальном этапе разработки, практически всегда изначально стоит проблема выбора наилучшего варианта из того объема продукции, что предлагают зарубежные производители. Правда, кое-что у нас достать невозможно, либо цена или срок поставки не устроят, так что зондирование наших поставщиков бывает сильно сокращает изначальный список. Поэтому буду делиться собственным опытом, может кому-то будет полезно.

Совсем недавно встал вопрос ограничения тока в нагрузке источника питания. Для этой цели была применена микросхема INA200 от Texas Instruments. С одной стороны, она проста до безобразия, но имеет минимум того, что нужно. Вот ее схема:

INA200

Верхний элемент – усилитель (входы 7, 8). Коэффициент усиления у него фиксированный, как видите, для INA200 – INA202 он варьируется от 20 до 100. Он усиливает сигнал с токоизмерительного резистора.

Схема включения

Мне требовалось ограничить ток на уровне 4А, поэтому была выбрана микросхема INA200 с коэффициентом усиления G = 20, и токоизмерительный резистор сопротивлением 50 мОм. В итоге, при предельном токе нагрузки, на выходе усилителя должно быть напряжение 4В. Усиленный сигнал можно далее подать на АЦП, к примеру, если требуется еще и измерение тока. Далее выходной сигнал усилителя поступает на компаратор с опорным напряжением на инвертирующем входе, равным 0,6В. Соответственно, надо подобрать делитель R1, R2 таким образом, чтобы при максимальном выходном напряжении усилителя (максимальном токе нагрузки) добиться переключения компаратора (0,6В на R2).

Выход компаратора с открытым стоком, к нему подключен подтягивающий резистор Rpullup. Высокий уровень на выходе компаратора и блокирует выход источника питания при превышении заданного предела тока нагрузки. Вариантов тут масса, все зависит от конкретной реализации. У меня в схеме оказались свободные логические элементы, через них я и пропустил дополнительно сигнал ШИМ, чтобы задействовать возможность блокировки.

Компаратор имеет еще один вход – RESET. Вход предназначен для принудительного снятия блокировки. Проще говоря, низкий уровень на входе RESET переводит выход компаратора также в состояние низкого уровня. Если этот вход “посадить на землю”, то схема будет просто отслеживать ток нагрузки, при превышении заданного предела, на выходе компаратора будет высокий уровень, а когда ток упадет, компаратор снова переключиться. Если же на вход RESET подать высокий уровень, то при превышении тока, на выходе компаратора также будет высокий уровень, который уже не изменится . Есть и третий вариант – подавать на этот вход импульсы, такой вариант защиты с возможностью восстановления. У меня туда подаются прямоугольные импульсы частотой 15 кГц. Рисунок иллюстрирует сказанное выше:

Reset

Если необходимо, к токоизмерительному резистору можно добавить фильтр нижних частот, как рекомендует производитель:

Filter

Микросхема эта была использована, когда потребовалось по быстрому собрать импульсный DC/DC преобразователь из того, что было в наличии. Входное напряжение было стабилизировано, нагрузка тоже была постоянна. Поэтому сигналы ШИМ сформировал вообще на таймерах ATmega16, поскольку эта аппаратная часть была свободна. Вот только надо было ввести защиту по току, тут эта микросхема и пригодилась.

И, напоследок, некоторые из основных параметров микросхемы:
Напряжение питания: от +2,7 до +18В.
Диапазон рабочих частот: 500 кГц (INA200), 300 кГц (INA201), 200 кГц (INA202)
Максимальный потребляемый ток: 1,8 мА
Диапазон синфазных помех на входе усилителя: от –18В до +80В
Диапазон рабочих температур: от –40 до +85 гр.

 

Полезные ссылки:
Проблемы смещения по постоянному току
Ссылка ведет на статью с сайта о ламповой технике. Любителям данной тематики  здесь можно найти много полезной информации.

Другие статьи:

  2 Responses to “Current shunt monitor INA200 для измерения и контроля тока нагрузки.”

  1. а какие ещё есть микросхемы готовые к употреблению для стабилизации тока? Я начинаю городить на lm258 и шунте 0,41Ом.

  2. Для стабилизации тока другие микросхемы, эта для контроля, чтобы не ток не превысил заданный предел. Вот здесь, к примеру, линейка Техаса:
    http://www.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=426&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T.
    Analog Devices:
    http://www.analog.com/en/specialty-amplifiers/current-sense-amplifiers/products/index.html
    Кстати, у Analog Devices периодически заказываю бесплатные образцы, высылают без лишних вопросов, может потому что заказываю якобы для фирмы.
    Можно погуглить на темы «токовый монитор» или «current shunt monitor». Можно и на ОУ собрать, схема простейшая.