СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-3

этому используемыйОУ должен иметь высокое значение ослабления неста бильности напряжения питания (PSR, КВНИП). Кроме того, разработчики должны учитывать низкуюэнергетическуюэф фективность этой схемы. Значитель ная мощность потребляется резисто ром R BIAS . Например, если синфазное напряжение составляет 28 В, напряже ние на стабилитроне равно 5,1 В, а но минал резистора R BIAS равен 1 кОм, схема будет рассеивать более 520 мВт нежелательной мощности. Эти добав ки к общей потребляемой мощности и должны быть приняты во внимание. И ЗМЕРЕНИЕ ТОКА ПРИ ПОМОЩИ AD8210 И ВНЕШНИХ КОМПОНЕНТОВ Рисунок 2а показывает упрощённую блок схему интегрированного высо ковольтного двунаправленного изме рителя тока шунта AD8210; рисунок 2б демонстрирует пример схемы одно направленного измерителя с внешним опорным напряжением. Микросхема AD8210 усиливает ма лое дифференциальное входное на пряжение, порождаемое положитель ным или отрицательным током, про текающим через резистор шунта. Усилитель AD8210 подавляет высокие синфазные напряжения (до 65 В) и обеспечивает буферизованный выход, привязанный к земляной шине. Как показано на рисунке 2а, он со держит два основных блока – диффе ренциальный усилитель и измеритель ный усилитель. Выводы входа под соединены к дифференциальному усилителюА1 посредством резисторов R 1 и R 2 . Усилитель А1 обнуляет напря жение, появляющееся между его собственными входными выводами, подстраивая небольшие токи через ре зисторы R 1 и R 2 при помощи транзис торов Q1 и Q2. Когда входной сигнал AD8210 равен нулю, токи в резисторах R 1 и R 2 одинаковы. Когда дифферен циальный сигнал отличается от нуля, ток увеличивается через один из ре зисторов и уменьшается в другом. Раз ность токов пропорциональна вели чине и полярности входного сигнала. Дифференциальные токичерез тран зисторыQ1 иQ2 преобразуются в диф ференциальное напряжение резисто рами R 3 и R 4 . Усилитель А2 сконфи гурирован как измерительный. Он преобразовывает дифференциальное напряжение в однофазное выходное напряжение с коэффициентом пере дачи 20 В/В, установленным встроен ными тонкоплёночными резисторами с точной подгонкой. Выходное опорноенапряжение удоб но регулируется при помощи выводов V REF1 и V REF2 . В типичной схеме для об работки двунаправленного тока вывод V REF1 подсоединён к шине питания V CC , тогда как вывод V REF2 подсоединён к шине нулевого потенциала GND. В этом случае выход привязан к напря жению V CC /2, когда входной сигнал ра вен нулю, поэтому при 5 вольтовомпи тании выход смещён к 2,5 В. Эта конфигурация хорошо работает в зарядно разрядных схемах, но если пользователю требуется использовать весь выходной диапазон для измере ния однонаправленного тока, то схема, приведённая на рисунке 2б, показыва ет типовой способ, которым может быть использован внешний источник для установки этого диапазона. Здесь резистивный делитель буферизован посредством ОУ, чтобы управлять со единёнными вместе выводами V REF1 и V REF2 для смещения выхода. Без дополнительных схем усили телю трудно измерять ток нагрузки, когда он подходит близко к нулю. При 5 вольтовом питании AD8210 устанавливает линейный диапазон выходного сигнала от минимального значения в 50 мВ до максимального значения в 4,9 В: V OUT = I SHUNT R SHUNT Gain = = 250 мА × 10 мОм × 20 = 50 мВ. Конфигурация, показанная на ри сунке 2б, добавляет смещение, поз воляющее измерять меньшие токи. Взаимосвязь между выходным напря жением и измеряемым током при коэффициенте передачи усилителя 20 В/Вможет быть рассчитана на осно ве выражения (2): V OUTPUT = I RSHUNT Gain(AD8210) + + [5 В × R 2 /( R 1 + R 2 )]. (2) Например, с использованием ре зисторов R1 и R2 с номиналами 9800 и 200 Ом соответственно напряжение смещения составит 100 мВ. Когда вход ное дифференциальное напряжение равно 0, выход AD8210 сместится к 100 мВ, что безопасно и находится в линейной области. Если ток через шунт находится в диапазоне от 50 мА до 20 А, при R SHUNT = 10 мОм входной диапазон составил бы от 0,5 до 200 мВ; а выходным диапазоном AD8210 явля ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2011 Напряжение на шине питания V OUT R 1 20 к R 2 0,5 к AD8603 I 5В 5В 5В –IN +IN V+ NC OUT AD8210 + + + – R SHUNT – V REF1 V REF2 GND Нагрузка I SHUNT R SHUNT AD8210 V OUT = (I SHNT × R SHUNT ) × 20 + 1/2(V REF1 + V REF2 ) A2 R 1 R 2 – – + + V s V REF1 V REF2 GND A1 R 3 R 4 Q1 Q2 Рис. 2. (а) Высоковольтный двунаправленный измеритель тока шунта AD8210, V OUT = ( I SHUNT R SHUNT ) × 20 + ( V REF1 + V REF2 )/2; (б) схема измерения однонаправленного тока в широком диапазоне с использованием внешнего опорного напряжения а) б) © СТА-ПРЕСС