Монитор тока верхнего плеча работает при высоком напряжении

Greg Sutterlin, Brian Whitaker - Maxim Integrated Products

EDN

Самым простым методом измерения тока соленоида или двигателя является контроль идущего в землю тока с помощью резистивного элемента, включенного между нагрузкой и землей. Поскольку устройство и связанная с ним электроника имеют общий земляной потенциал, достаточно усиливать только токовый сигнал, идущий в землю. Такой подход, однако, не позволяет обнаруживать короткое замыкание нагрузки на землю, что может привести к перегрузке верхнего плеча схемы драйвера. Чтобы избежать таких ситуаций, нужно контролировать ток в верхнем плече, что дает возможность фиксировать короткие замыкания и подобные неисправности, которые могут возникнуть после датчика тока. Контроль тока в верхнем плече имеет свои преимущества, но находит ограниченное применение из-за нехватки приборов, способных работать с высокими уровнями напряжения, распространенными в отрасли – от 24 В до многих сотен вольт. Общедоступные микросхемы могут работать при напряжениях до 32 и 76 В, но даже 76 В недостаточно для многих приложений. На Рисунке 1 показан простой способ адаптации стандартного 32-вольтового устройства для использования его при любых уровнях напряжений с учетом ограничений, обусловленных внешними компонентами. (Компоненты схемы на Рисунке 1 могут выдерживать напряжение 130 В).

Эта схема позволяет 36-вольтовой микросхеме токоизмерительного усилителя работать с синфазными напряжениями до 130 В.
Рисунок 1. Эта схема позволяет 36-вольтовой микросхеме токоизмерительного усилителя
работать с синфазными напряжениями до 130 В.

Для токов нагрузки более 30 мА точность схемы лучше 1%. Каскад с токовым выходом микросхемы IC1 позволяет легко реализовать токовое зеркало, необходимое для смещения уровня выходного сигнала к земле. Таким образом, можно легко контролировать сигнал, привязанный к земле, с помощью АЦП или компаратора. Схема измеряет ток нагрузки в присутствии постоянного синфазного напряжения 130 В. Необходимо обеспечить, чтобы напряжения на выводах RS+, RS– и V+ относительно вывода земли не превышали максимально допустимых значений – 36 В. Для этого стабилитрон D1 ограничивает напряжения между выводами V+, RS+ и GND до 24 В. Поэтому типичное напряжение между этими выводами составляет 24 В за вычетом напряжения база-эмиттер транзистора Q1, то есть 23.3 В. Ток стабилитрона в этой схеме равен примерно 700 мкА. Обратите внимание, что рекомендованный производителем рабочий ток стабилитрона составляет 500 мкА, но наклон его характеристики di/dt становится отрицательным при токе ниже 300 мкА, что может привести к возникновению шумов или даже генерации. Минимальный установленный изготовителем ток – от 300 до 500 мкА, определяет максимальное значение сопротивления R1, а максимально допустимая мощность, совместно рассеиваемая R1 и D1, определяет минимальное сопротивление R1. Таким образом, для шин питания от 100 В до 250 В разумное сопротивление R1 составляет от 150 кОм до 225 кОм; в данном случае – 150 кОм.

Q1 и R1 образуют параллельный стабилизатор напряжения. Используемый в этой схеме транзистор Q1 был выбран из-за его высокого допустимого напряжения коллектор-эмиттер (–300 В), большого усиления (100 В/В при токе 1 мА) и способности рассеивать мощность 500 мВт. Выходной ток пропорционален разности напряжений VSENSE между выводами RS+ и RS–:

где

Крутизна gm передаточной характеристики IC1 составляет 10 мА/В. Если максимальный измеряемый ток нагрузки ILOAD равен 4 А, и сопротивление токоизмерительного резистора RSENSE равно 10 мОм, то максимальный выходной ток будет равен

Можно видеть, что ток IOUT пропорционален ILOAD, а максимальный ожидаемый выходной ток равен 400 мкА. Для приложений с широким динамическим диапазоном, в которых VSENSE может приблизиться к абсолютному пределу напряжения дифференциальной пары 700 мВ, необходимо защитить измерительные выводы, добавив последовательные резисторы между RSENSE и RS+ и между RSENSE и RS–. Сопротивления резисторов должны быть выбраны такими, чтобы при разности напряжений между RS+ и RS–, равной 700 мВ, ограничить входные токи в пределах 10 мА.

Ток IOUT теперь пропорционален ILOAD, но для облегчения контроля его уровень нужно сдвинуть к земле с помощью токового зеркала Q1-Q2. Благодаря высокому усилению Q2, его ток коллектора близок к току эмиттера, который, проходя через резистор R2, создает на нем измеряемое падение напряжения VOUT. Так же как и у транзистора Q1, максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером Q2 должно быть не меньше –240 В. Схема на Рисунке 1 рассчитана на напряжение до –300 В. Напряжение VOUT теперь равно IOUT × R2. (Реальный выходной ток коллектора Q2 чуть меньше из-за базового тока Q2). При ILOAD = 4 А

Правильно выбрав транзисторы Q1, Q2 и базовый резистор R1, схему можно адаптировать к более низким или более высоким рабочим напряжениям.

  1. Datasheet Maxim MAX4172
  2. Datasheet Diodes FMMT597

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 78
сейчас смотрят 5
представлено поставщиков 579
загружено
позиций
25 067 862