Amplificadores de detección de corriente para aplicaciones con limitaciones de espacio

Nadie quiere productos electrónicos más voluminosos y menos eficientes. Los fabricantes quieren que los diseñadores encuentren la manera de encajar componentes de alto rendimiento en espacios más reducidos sin comprometer la funcionalidad. En otras palabras, se trata de encontrar la manera de superar los retos que plantea el suministro de aplicaciones electrónicas con limitaciones de espacio y mayor precisión. Para ello, los amplificadores de detección de corriente son fundamentales para una gestión eficiente de la energía, un funcionamiento seguro y un control del motor sensible al ruido.

Los amplificadores de detección de corriente se utilizan ampliamente en aplicaciones como la gestión de baterías, la protección contra sobrecorriente y la detección de fallos. Al medir y amplificar la caída de voltaje a través de una resistencia de derivación, desempeñan un papel vital en la protección de circuitos.

Valorados por su pequeño tamaño y bajo costo, los amplificadores de detección de corriente son relativamente sencillos de implementar, pero plantean retos como las limitaciones de ancho de banda, la minimización del ruido eléctrico y las interferencias, y la elevada respuesta de tensión en modo común. Por eso, elegir el amplificador de detección de corriente adecuado es importante para el éxito de la aplicación.

Para determinar cuál es la mejor opción, hay que identificar las principales características de las aplicaciones:

• El rango aceptable de corriente y el voltaje máximo de entrada que puede tolerar el dispositivo.
• Condiciones ambientales y adecuación de un rendimiento fiable al rango de temperatura deseado
• Especificaciones del amplificador que cumplen las restricciones de diseño, incluidos el tamaño del envase, el ancho de banda, la corriente de reposo y la precisión.
• El uso de sensores de corriente de lado alto o bajo en función de los requisitos de precisión, aislamiento y facilidad de implementación.

Analog Devices, Inc. (ADI) proporciona un juego de Amplificadores de detección de corriente diseñados para un amplio rango de aplicaciones que realizan mediciones bidireccionales de corriente en diversas aplicaciones industriales y de automoción (cualificado AEC-Q100).

El AD8410A y el AD8411A pueden utilizarse tanto para medidas de CA como de CC, están construidos para funcionar en un amplio rango de temperatura con un error de ganancia mínimo y presentan un amplio rango de voltaje de alimentación para adaptarse a los diferentes requisitos del sistema. Ambos utilizan un núcleo de recorte integrado que proporciona una desviación típica de ±0,26 µV/°C en todo el rango de temperatura de funcionamiento y el rango de voltaje de modo común, sin necesidad de relojes de corte y autocero que pueden provocar un aumento del ruido y otros efectos negativos.

El AD8410A (Figura 1) tiene una ganancia inicial de 20 V/V y un ancho de banda de 2.2 MHz.

Figura 1: Amplificadores de detección de corriente AD8410A de ADI. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

El AD8411A (Figura 2) ofrece una ganancia inicial de 50 V/V y un ancho de banda de 2.7 MHz, lo que proporciona una mayor flexibilidad y sensibilidad.

Figura 2: Amplificadores de detección de corriente AD8411A de ADI. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

El AD8410A/11A se puede utilizar tanto para aplicaciones de detección de corriente de lado alto como de lado bajo. Son adecuados para la detección de corriente en fase o en el lado de alta en diversas aplicaciones, como el control de motores, convertidores de CC/CC bidireccionales, controles de solenoides y supervisión de carriles de alimentación.

También son aplicables para la detección de corriente en línea en accionamientos de motores de CC sin escobillas (BLDC) para medir la corriente que fluye por los devanados del motor, lo que resulta crucial para un control preciso y la optimización del rendimiento.

Los amplificadores de detección de corriente de alto voltaje y gran ancho de banda están diseñados para aplicaciones de medición de corriente de precisión, lo que permite un control preciso del par de torsión, el uso de motores e inductores más pequeños y aplicaciones de motorización más inteligentes. Al emplear una arquitectura única, pueden amplificar con precisión pequeñas derivaciones de corriente diferencial en presencia de tensiones en modo común que cambian rápidamente.

Un mayor ancho de banda permite una detección de corriente más precisa a altas frecuencias de conmutación en motores de CC, servidores AI y convertidores de CC/CC. Esto se traduce en una mayor precisión de un convertidor de analógico a digital (ADC), especialmente en aplicaciones con frecuencias de conmutación de modulación por ancho de pulsos (PWM) más rápidas y tensiones elevadas.

Aunque las frecuencias de conmutación más altas a menudo pueden provocar un aumento de las interferencias electromagnéticas (EMI), los amplificadores de detección de corriente AD8410A/11A están diseñados con características para hacer frente a ese desafío. Tienen una alta relación de rechazo al modo comun (CMRR) de 123 dB de -2 V a +70 V para ayudar a rechazar el ruido y mejorar el rendimiento EMI, lo que los hace adecuados para aplicaciones en entornos eléctricos ruidosos donde EMI podría afectar a su precisión. Son menos propensos al ruido de intermodulación y minimizan el uso de filtros adicionales.

El AD8410A y el AD8411A comparten las mismas opciones de encapsulado y características como la protección contra sobretensión y una función de activación/desactivación. Diseñados para funcionar con una sola fuente de alimentación de 2.9 V a 5.5 V dentro de una gama de temperaturas industriales de -40 °C a +125 °C, están disponibles en encapsulados compactos de 8 terminales Standard Small Outline Package [SOIC_N] y Mini Small Outline Package (MSOP) de 8 terminales con una placa descubierta para mejorar el rendimiento térmico.

Para los sistemas de control de motor que requieren una medición y una realimentación precisas de la corriente, como los accionamientos industriales, la robótica o los vehículos eléctricos, el AD8410A/11A puede gestionar altas tensiones de modo común de la alimentación del motor y proporcionar una salida lineal proporcional a la corriente a través de la resistencia de derivación. El AD8411A puede utilizarse cuando se necesita una mayor ganancia para resistencias de derivación más pequeñas o rangos de corriente más bajos.

Los sistemas de gestión de batería que supervisan las corrientes de carga y descarga de las celdas o paquetes de baterías pueden beneficiarse de la capacidad del AD8410A/11A para medir la tensión diferencial a través de una resistencia/resistor de derivación en serie con la batería para proporcionar una detección de corriente precisa y rápida. El AD8411A puede utilizarse cuando se requiere una alta resolución para niveles de corriente bajos o baterías/pilas de alta capacidad.

Para circuitos de monitorización y protección de fuentes de alimentación que detectan condiciones de sobrecorriente o cortocircuito, el AD8410A/11A puede detectar la corriente que fluye a través de una carga o un interruptor y proporcionar una señal para la detección de fallos o el control de realimentación. El AD8411A puede utilizarse cuando se necesita un tiempo de respuesta más rápido o una mayor sensibilidad para la aplicación.

Placas de evaluación de amplificadores de detección de corriente ADI

Los diseñadores pueden aprovechar las placas de evaluación de ADI, que permiten a los diseñadores evaluar el rendimiento de los amplificadores de detección de corriente AD8410 y AD8411 en diferentes escenarios.

Las placas AD8410AR-EVALZ (SOIC) (Figura 3), AD8410ARM-EVALZ (MSOP), AD8411AR-EVALZ (SOIC) y AD8411ARM-EVALZ (MSOP) están diseñadas para configurar fácilmente diferentes modos de funcionamiento y cargas.

Figura 3: Placa de evaluación AD8410AR-EVALZ de ADI. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

Con estas placas, los diseñadores pueden explorar las características y ventajas de los amplificadores de detección de corriente AD8410 y AD8411 en un entorno práctico. Se puede soldar a las placas una derivación con un tamaño estándar máximo de 2818, y el modo de funcionamiento se puede seleccionar para detección de corriente unidireccional o bidireccional.

Conclusión:

Los amplificadores de detección de corriente AD8410 y AD8411 de ADI son dispositivos versátiles y de alto rendimiento que pueden utilizarse en un amplio rango de aplicaciones que requieren una medida de corriente precisa y fiable. Estos amplificadores admiten aplicaciones de detección de corriente en el lado de alta y baja tensión y pueden ayudar a mejorar la eficacia, seguridad y fiabilidad de los productos electrónicos que requieren una monitorización precisa y robusta de la corriente, bajo voltaje de offset, baja deriva, gran ancho de banda y alto rechazo al modo comun.