你的位置:首頁 > 傳感技術(shù) > 正文

基于AD8205的傳感器在工業(yè)控制中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2013-03-14 責(zé)任編輯:shyhuang

【導(dǎo)讀】在許多工業(yè)應(yīng)用中,都需要在高共模電壓情況下檢測(cè)小差分電壓,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的監(jiān)控。本文采用新型高側(cè)電流傳感器AD8205可以簡(jiǎn)化其檢測(cè)電路,并能大大提高其檢測(cè)和控制的精度。

AD8205是美國(guó)模擬器件公司推出的一種單電源高性能差分放大器,典型單電源供電電壓為5V,其共模電壓輸入范圍為-2~65V,可以耐受-5~+70V的輸入共模電壓,適用于高共模電壓情況下檢測(cè)小差分電壓的工業(yè)設(shè)備中。它的增益固定為50V/V,工作溫度范圍為-40~+125℃,失調(diào)電壓溫漂小于15V/℃,增益溫漂小于30ppm/℃(環(huán)境溫度可高達(dá)125℃),在整個(gè)規(guī)定溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的直流性能,其從直流到100kHz的頻帶范圍內(nèi)具有高達(dá)80dB的共模抑制比。因此其測(cè)量環(huán)路誤差小,精度高,非常適合用于馬達(dá)控制、傳動(dòng)控制、磁懸浮控制、車輛動(dòng)力控制、燃料噴射控制、引擎管理和DC-DC變換等控制系統(tǒng)中。

內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及其工作原理

AD8205的內(nèi)部電路由A1和A2兩個(gè)集成運(yùn)放和一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò),以及一個(gè)小參考電壓源和偏置電路構(gòu)成,其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 
圖1:高側(cè)電流傳感器AD8205內(nèi)部電路原理圖

A1的前置衰減由電阻RA、RB、RC組成,可將共模電壓衰減到合適的輸入電壓范圍內(nèi)。兩組衰減器構(gòu)成橋式網(wǎng)絡(luò),衰減率為1/16.7。輸入信號(hào)經(jīng)過衰減以后,使得輸入信號(hào)的幅值保持在供電電源電壓范圍以內(nèi),當(dāng)輸入電壓超過供電電源電壓或低于公共地端的電壓時(shí),內(nèi)部參考電壓起作用,使得放大器在輸入負(fù)共模電壓信號(hào)時(shí)仍然可以正常工作。當(dāng)電橋平衡時(shí),共模電壓信號(hào)產(chǎn)生的差分輸入信號(hào)為0V。當(dāng)然,輸入網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也衰減了輸入差分電壓信號(hào),放大器A1將衰減后的信號(hào)放大26倍,其輸入和輸出都采用差分形式以獲得最大的交流共模抑制比。另外電阻RA、RB、RC、RD和RF通過激光校準(zhǔn)后的電阻匹配率優(yōu)于0.01%,這種高精度校準(zhǔn)使得器件能夠獲得超過80dB的共模抑制比。

放大器A2將A1輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào),并放大32.15倍。參考輸入端VREF1和VREF2都經(jīng)過電阻RREF連接到A2的同相輸入端,使得輸出可以任意調(diào)整到所需要的輸出電壓范圍內(nèi)。當(dāng)兩個(gè)參考輸入端并聯(lián)使用時(shí),參考電壓從輸入到輸出的增益為1V/V;當(dāng)單獨(dú)使用任何一個(gè)參考輸入端時(shí),其增益為0.5V/V。AD8205的總增益由衰減電路的衰減率1/16.7、A1的放大倍數(shù)26和A2的放大倍數(shù)32.15構(gòu)成。AD8205具有300μA的吸收下拉電流能力,采用A類PNP管接上拉電阻輸出。

輸出方式設(shè)置

單極性輸出

此方式一般用來測(cè)量流過采樣電阻上的單方向變化的電流。有兩種基本模式:以地為參考和以V+為參考的輸出模式。在單極性工作模式下,當(dāng)差分輸入為0時(shí),輸出可以偏置到負(fù)向(接近地)或正向峰值(V+)。當(dāng)差分電壓加到輸入端時(shí),輸出將反向移動(dòng)到峰值。這時(shí)滿幅輸出所對(duì)應(yīng)的輸入差分電壓幅值接近100mV,它的極性由輸出電壓的靜態(tài)設(shè)置所決定。當(dāng)偏置到正向峰值時(shí),輸入差分電壓應(yīng)該為負(fù),輸出由正向峰值下降;反之,若靜態(tài)偏置到地,則輸入差分電壓應(yīng)該為正,輸出由0上升。

 
圖2:?jiǎn)螛O性輸出連接方式

以地為參考的輸出連接方式如圖2(a)所示。它的兩個(gè)參考輸入端都接到地上,當(dāng)輸入的差分電壓為0時(shí),其輸出被偏置到反相峰值(約0.05V)。

以V+為參考的輸出連接方式如圖2(b)所示。它的兩個(gè)參考輸入端都連接到正電源上,當(dāng)輸入的差分電壓為0時(shí),其輸出被偏置到正相峰值(約4.8V)。

雙極性輸出

雙極性輸出時(shí)AD8205可以測(cè)量流過采樣電阻上的雙向電流,這時(shí),輸出可以偏置到輸出范圍內(nèi)的任意位置。當(dāng)被檢測(cè)的正反兩個(gè)方向上的電流為等幅時(shí),其輸出必須偏置到滿量程輸出的中間位置。當(dāng)雙向電流幅值不對(duì)稱時(shí),輸出偏置可以對(duì)應(yīng)地偏離半量程位置。它的兩個(gè)參考輸入VREF1和VREF2分別連接一個(gè)內(nèi)部電阻RREF后接到同一個(gè)內(nèi)部偏置節(jié)點(diǎn),這兩個(gè)參考輸入端的操作方式完全相同。在兩個(gè)參考電壓輸入端接入對(duì)應(yīng)的電壓,即可完成對(duì)輸出的偏置。在雙極性輸出方式下,一般有以下兩種連接方式。

 
圖3:雙極性輸出連接方式

[page]
1)當(dāng)輸入雙向電流幅值相同時(shí),將兩個(gè)參考電壓輸入端都連接到一個(gè)外部參考電壓源的輸出端,如圖3(a)所示連接。當(dāng)輸入電壓相對(duì)于-IN為負(fù),輸出電壓將從參考電壓下降。反之,當(dāng)輸入電壓相對(duì)于-IN為正,輸出電壓將從參考電壓上升。

2)將兩個(gè)參考電壓輸入端的其中一個(gè)接到電源電壓V+端,另一個(gè)參考電壓輸入端接地,如圖3(b)所示連接。當(dāng)輸入差分電壓為0時(shí),輸出電壓被偏置到AD8205的供電電源電壓的中間位置。這種接法的好處在于測(cè)量雙向電流時(shí)不需要外接參考源,輸出將按比率地自動(dòng)跟隨供電電源電壓的變化而產(chǎn)生半幅偏置。也就是說,不管電源電壓是升還是降,輸出偏置點(diǎn)將一直保持在電源電壓的中間位置。例如,電源電壓為5V時(shí),輸出偏置到2.5V;而當(dāng)電源電壓上升10%時(shí),輸出將偏置到2.75V。

典型應(yīng)用

 
圖4 電路配置方式

高側(cè)電流傳感器和低側(cè)開關(guān)方式

如圖4(a)所示連接,PWM控制開關(guān)的源極接參考地,感性負(fù)載和采樣電阻串聯(lián)連接在電源和PWM控制開關(guān)之間。當(dāng)PWM開關(guān)閉合時(shí),采樣電阻上的共模電壓下降到接近負(fù)向峰值;當(dāng)PWM開關(guān)打開時(shí),采樣電阻上產(chǎn)生的共模電壓為電源電壓和續(xù)流二極管的正向壓降的電壓和。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)PWM開關(guān)關(guān)閉時(shí),由于采樣電阻置于電源高側(cè),采樣電阻仍然在電流回路當(dāng)中,使得負(fù)載上的全部電流,包括續(xù)流電流,仍然可以監(jiān)測(cè),并且容易識(shí)別對(duì)地短路故障以實(shí)現(xiàn)電路的短路保護(hù)。

高側(cè)電流傳感器和高側(cè)開關(guān)方式

如圖4(b)所示連接,PWM開關(guān)和采樣電阻都位于電壓高側(cè)。當(dāng)PWM開關(guān)打開時(shí),負(fù)載電源將被移除,但仍然可以提供和監(jiān)測(cè)續(xù)流電流,以實(shí)現(xiàn)電流控制診斷。在工作過程中,大部分時(shí)間電源都和負(fù)載隔離,這樣可將負(fù)載對(duì)地之間的差分電壓所引起的不良影響減到最小。當(dāng)PWM開關(guān)閉合時(shí),電源電壓將連接到負(fù)載,這時(shí)共模電壓將增加到電源電壓。而PWM開關(guān)打開時(shí),電壓將反轉(zhuǎn)并經(jīng)過感性負(fù)載,由于續(xù)流二極管的作用,使得采樣電阻上的共模電壓保持為一個(gè)低于地的二極管的導(dǎo)通壓降。

馬達(dá)控制

 
圖5 馬達(dá)控制原理圖

AD8205在H橋馬達(dá)控制電路中作為控制回路的一部分,馬達(dá)和采樣電阻串連后放置在H橋的中間,通過檢測(cè)采樣電阻上的電壓,可以準(zhǔn)確地測(cè)量馬達(dá)當(dāng)前的電流及其方向。此時(shí),AD8205的輸出被設(shè)定成外部參考雙向的方式,這樣它可以測(cè)量H橋開關(guān)的雙向電流并同時(shí)監(jiān)測(cè)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。由于地不是一個(gè)特別穩(wěn)定的參考電平,以地為參考將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確性。因此,這種測(cè)試方案要比以地作為參考電平的測(cè)試方法好的多。

結(jié)語

總之,采用AD8205實(shí)現(xiàn)在高共模電壓情況下檢測(cè)小差分電壓的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,監(jiān)測(cè)精度高。它特別適用于42V汽車系統(tǒng)的動(dòng)力監(jiān)控、液壓控制、磁懸浮控制等控制系統(tǒng)中。

要采購(gòu)開關(guān)么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉