Amplificateurs de détection du courant pour applications à espace restreint

Personne ne veut de produits électroniques plus volumineux et moins efficaces. Les fabricants veulent que les concepteurs parviennent à intégrer des composants hautes performances dans des empreintes plus petites sans compromettre les fonctionnalités. En d'autres termes, il s'agit de trouver un moyen de relever les défis visant à fournir des applications électroniques à espace restreint avec une plus grande précision. À cette fin, les amplificateurs de détection du courant sont essentiels pour une gestion efficace de l'alimentation, un fonctionnement sûr et une commande de moteur sensible au bruit.

Les amplificateurs de détection du courant sont largement utilisés dans des applications telles que la gestion des batteries, la protection contre les surintensités et la détection des défaillances. En mesurant et en amplifiant la chute de tension dans une résistance shunt, ils jouent un rôle crucial dans la protection des circuits.

Appréciés pour leur format compact et leur faible coût, les amplificateurs de détection du courant sont relativement simples à mettre en œuvre, mais ils présentent des défis tels que les limitations de bande passante, la minimisation du bruit et des interférences électriques et la réponse en tension de mode commun élevée. Le choix de l'amplificateur de détection du courant approprié est donc important pour le succès de l'application.

Pour déterminer la solution appropriée, il faut d'abord identifier les caractéristiques clés de l'application :

• Plage de courant acceptable et tension d'entrée maximum pouvant être tolérée par le dispositif
• Conditions environnementales et adaptation de performances fiables à la plage de températures souhaitée
• Spécifications de l'amplificateur répondant aux contraintes de conception, notamment la taille du boîtier, la bande passante, le courant de repos et la précision
• Utilisation de la détection du courant haut potentiel ou bas potentiel en fonction des exigences de précision, d'isolement et de facilité d'implémentation

Analog Devices, Inc. (ADI) propose un ensemble d'amplificateurs de détection du courant conçus pour une large gamme d'applications effectuant des mesures de courant bidirectionnelles dans diverses applications industrielles et automobiles (qualifiés AEC-Q100).

L'AD8410A et l'AD8411A peuvent être utilisés pour les mesures CA et CC. Ils sont conçus pour fonctionner sur une vaste plage de températures avec une erreur de gain minimale et ils présentent une large plage de tensions d'alimentation pour répondre aux différentes exigences du système. Les deux dispositifs utilisent un noyau d'ajustement intégré qui fournit une dérive de décalage typique de ±0,26 µV/°C sur la plage de températures de fonctionnement et la plage de tensions de mode commun, sans nécessiter de découpage ni d'horloges auto-zéro qui peuvent entraîner une augmentation du bruit et d'autres effets négatifs.

L'AD8410A (Figure 1) a un gain initial de 20 V/V et une bande passante de 2,2 MHz.

Figure 1 : Amplificateur de détection du courant AD8410A d'ADI. (Source de l'image : Analog Devices, Inc.)

L'AD8411A (Figure 2) présente un gain initial de 50 V/V et une bande passante de 2,7 MHz, ce qui lui confère une flexibilité et une sensibilité supérieures.

Figure 2 : Amplificateur de détection du courant AD8411A d'ADI. (Source de l'image : Analog Devices, Inc.)

Les dispositifs AD8410A/11A peuvent être utilisés pour les applications de détection du courant haut potentiel et bas potentiel. Ils conviennent à la détection du courant en phase ou haut potentiel dans diverses applications telles que la commande de moteur, les convertisseurs CC/CC bidirectionnels, les commandes de solénoïdes et la surveillance des rails d'alimentation.

Ils s'appliquent également à la détection du courant en ligne dans les entraînements de moteur CC sans balais (BLDC) pour mesurer le courant circulant dans les enroulements du moteur, ce qui est essentiel pour un contrôle précis et une optimisation des performances.

Les amplificateurs de détection du courant haute tension à large bande passante sont destinés aux applications de mesure du courant de précision, permettant un contrôle précis du couple, l'utilisation de moteurs et d'inductances plus petits et des applications motorisées plus intelligentes. Utilisant une architecture unique, ils peuvent amplifier avec précision de petites tensions de shunt différentielles en présence de tensions de mode commun changeant rapidement.

Une bande passante supérieure permet une détection du courant plus précise à des fréquences de commutation élevées dans les moteurs CC, les serveurs IA et les convertisseurs CC/CC. Il en résulte une plus grande précision d'un convertisseur analogique-numérique (CAN), en particulier dans les applications avec des hautes tensions et des fréquences de commutation PWM (modulation de largeur d'impulsion).

Alors que des fréquences de commutation plus élevées peuvent souvent entraîner une augmentation des interférences électromagnétiques (EMI), les amplificateurs de détection du courant AD8410A/11A sont conçus avec des fonctionnalités permettant de relever ce défi. Ils présentent un taux de réjection du mode commun (TRMC) élevé de 123 dB de −2 V à +70 V contribuant à améliorer la réjection du bruit et les performances EMI. C'est pourquoi ils conviennent aux applications en environnements électriques bruyants où les EMI peuvent nuire à leur précision. Ils sont moins sujets au bruit d'intermodulation et réduisent l'utilisation de filtres supplémentaires.

L'AD8410A et l'AD8411A partagent les mêmes options de boîtier et les mêmes fonctionnalités telles que la protection contre les surtensions et une fonction d'activation/de désactivation. Conçus pour fonctionner à partir d'une seule alimentation de 2,9 V à 5,5 V sur une plage de températures industrielles de −40°C à +125°C, ils sont disponibles en boîtiers compacts SOIC_N et MSOP à 8 sorties avec plot exposé pour des performances thermiques améliorées.

Pour les systèmes de commande de moteur qui requièrent une mesure et une contre-réaction de courant précises — tels que les entraînements industriels, la robotique ou les véhicules électriques — les dispositifs AD8410A/11A peuvent supporter des tensions de mode commun élevées provenant de l'alimentation du moteur et fournir une sortie linéaire proportionnelle au courant dans la résistance shunt. L'AD8411A peut être utilisé lorsqu'un gain plus élevé est nécessaire pour des résistances shunt plus petites ou des plages de courant inférieures.

Les systèmes de gestion de batterie qui surveillent les courants de charge et de décharge des blocs ou des cellules de batterie peuvent bénéficier de la capacité des dispositifs AD8410A/11A à mesurer la tension différentielle dans une résistance shunt en série avec la batterie pour fournir une détection du courant précise et rapide. L'AD8411A peut être utilisé lorsqu'une résolution plus élevée est requise pour de faibles niveaux de courant ou des batteries haute capacité.

Pour les circuits de surveillance et de protection de l'alimentation qui détectent les conditions de surintensité ou de court-circuit, les dispositifs AD8410A/11A peuvent détecter le courant circulant dans une charge ou un commutateur et fournir un signal pour la détection de défaillance ou le contrôle de rétroaction. L'AD8411A peut être utilisé si l'application requiert un temps de réponse plus rapide ou une sensibilité plus élevée.

Cartes d'évaluation d'amplificateurs de détection du courant d'ADI

Les concepteurs peuvent tirer parti des cartes d'évaluation d'ADI, qui leur permettent d'évaluer les performances des amplificateurs de détection du courant AD8410 et AD8411 dans différents scénarios.

Les cartes AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Figure 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) et AD8411ARM-EVALZ (MSOP) sont conçues pour la configuration aisée de différents modes de fonctionnement et charges.

Figure 3 : Carte d'évaluation AD8410AR-EVALZ d'ADI. (Source de l'image : Analog Devices, Inc.)

Avec ces cartes, les concepteurs peuvent explorer les caractéristiques et les avantages des amplificateurs de détection du courant AD8410 et AD8411 dans un environnement pratique. Un shunt de format standard maximum 2818 peut être soudé aux cartes, et le mode de fonctionnement peut être sélectionné pour une détection de courant unidirectionnelle ou bidirectionnelle.

Conclusion

Les amplificateurs de détection du courant AD8410 et AD8411 d'ADI sont des dispositifs polyvalents et hautes performances qui peuvent être utilisés pour une large gamme d'applications exigeant une mesure du courant précise et fiable. Ces amplificateurs prennent en charge les applications de détection du courant haut potentiel et bas potentiel, et ils peuvent contribuer à améliorer l'efficacité, la sécurité et la fiabilité des produits électroniques qui nécessitent une surveillance du courant précise et robuste, une faible tension de décalage, une faible dérive, une large bande passante et un taux de réjection du mode commun élevé.