Преобразователь тока верхнего плеча в длительность импульса

Maxim MAX4374

Измерение тока в положительном полюсе нагрузки используется во многих продуктах с батарейным питанием, которые требуют точного контроля тока нагрузки, тока зарядного устройства или того и другого. В приложениях для непортативных устройств контроль тока в положительном полюсе нагрузки служит сторожевым таймером источника питания, который может сигнализировать об отказе в последующих устройствах. Контроль также может исключить возникновение опасных ситуаций, предотвращая перегрузки источника питания. Кроме того, измерение тока, втекающего в схему драйвера двигателя или сервопривода из положительной шины питания, может обеспечивать обратную связь в приложениях управления. Для таких приложений требуется устройство, преобразующее ток, втекающий в нагрузку, непосредственно в цифровой сигнал (Рисунок 1). IC1 – это недорогая микросхема токоизмерительного усилителя, которая преобразует ток в положительном полюсе нагрузки в пропорциональное напряжение, привязанное к уровню земли. На двух внутренних компараторах микросхемы (с фиксацией выходного уровня и без фиксации) реализован преобразователь напряжения в импульс, длительность которого пропорциональна измеряемому току.

Длительность отрицательного импульса на выходе COUT1 пропорциональна току, идущему через измерительный резистор RSENSE.
Рисунок 1. Длительность отрицательного импульса на выходе COUT1 пропорциональна
току, идущему через измерительный резистор RSENSE.

Выход OUT микросхемы IC1 заряжает конденсатор C1 через резистор R1. Когда напряжение на C1 достигает 0.6 В, Компаратор 1 защелкивается в состоянии высокого импеданса. Время, необходимое для заряда C1 до 0.6 В, пропорционально измеряемому току. Компаратор 2 вместе с выводом RESET запускает преобразование и удаляет предварительно накопленный заряд с конденсатора C1. Соединенные вместе входы RESET и CIN2 подключены к ТТЛ-совместимому выходу микроконтроллера, сигнал CTRL на котором инициирует преобразование. В исходном состоянии уровень напряжения на входе CTRL высокий. Микроконтроллер начинает преобразование, подав отрицательный импульс на вход CTRL, разряжающий конденсатор C1 и очищающий защелку Компаратора 1 (уровень сигнала на выходе COUT1 становится низким). Теперь микроконтроллер измеряет время от фронта импульса на входе CTRL до спадающего фронта на выходе COUT1 (Рисунок 2). Период начинается с перехода от низкого уровня к высокому на входе CTRL и заканчивается переходом от низкого уровня к высокому на выходе COUT1. В зависимости от ожидаемых уровней тока, значения R1 и C1 выбираются такими, чтобы длительность импульса составляла десятки миллисекунд. Тогда 20 мкс, за которые устанавливается напряжение VOUT на выводе OUT, и 4 мкс задержки распространения компаратора практически не будут оказывать влияния на точность измерения.

Осциллограммы, иллюстрирующие работу схемы на Рисунке 1.
Рисунок 2. Осциллограммы, иллюстрирующие работу схемы
на Рисунке 1.

Чтобы получить выражение для ширины выходного импульса, начнем с соотношения для заряда RC-цепи:

Вместо VOUT подставляем выражение

и решаем относительно ILOAD:

где

  • ILOAD – измеряемый ток в амперах,
  • VTHR = 0.6 В – порог компаратора,
  • RSENSE – сопротивление токоизмерительного резистора в омах,
  • AV – коэффициент усиления IC1,
  • TP – время в секундах, за которое C1 заряжается до напряжения VTHR.

Например, если выбрать R1 = 1 МОм, C1 = 0.1 мкФ, RSENSE = 0.075 Ом и AV = 20, длительность импульса TPULSE, измеренная при токе 2 А, будет равна 0.022 с. Таким образом, с помощью порта таймера микроконтроллера, внешнего прерывания или просто доступного входа микроконтроллера, микросхемы IC1 и двух внешних пассивных компонентов реализуется преобразование тока положительного полюса нагрузки, не требующее дискретного аналого-цифрового преобразователя.

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim MAX4374

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: High-side current sensor has period output

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

15 предложений от 15 поставщиков
Усилитель считывания тока, UMAX-10, 1 Channel, Серия MAX4374F
ЭИК
Россия
MAX4374TEUB+T
Maxim
85 ₽
Элитан
Россия
MAX4374TEUB+
Maxim
127 ₽
Кремний
Россия и страны СНГ
MAX4374EVKIT+
Maxim
по запросу
TradeElectronics
Россия
MAX4374HESD+T
Maxim
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя