設計目標

設計の説明

この単一電源、ローサイドの電流センシング ソリューションは、0A～1Aの負荷電流を正確に検出し、0V～4.9Vの電圧に変換します。入力電流範囲と出力電圧範囲は必要に応じてスケーリングでき、大きなスイングに対応するため、より高電圧の電源も使用できます。この設計では、負のチャージ ポンプ(LM7705など)を負の電源として使用し、0V近くの出力信号について線形性を維持できます。

デザイン ノート

1. ゲイン誤差を最小化するため、高精度の抵抗を使用してください。
2. 軽負荷時の精度のため、負の電源はグランドより少し下まで届いている必要があります。
3. 帰還抵抗と並列にコンデンサを配置することで、帯域幅が制限され、ノイズ低減に役立ちます。

設計手順

1. 伝達関数を決定します。
   $V_o=I_i\times R_1\times \left(1+\frac{R_3}{R_2}\right)$
2. フルスケール シャント電圧とシャント抵抗を定義します。
   $V_{\mathrm{iMax}}=100\mathrm{mV}\text{ at } I_{\mathrm{iMax}}=1A$
   $R_1=\frac{V_{\mathrm{iMax}}}{I_{\mathrm{iMax}}}=\frac{100\mathrm{mV}}{1 A}=100\mathrm{m\Omega }$
3. 出力範囲を設定するゲイン抵抗を選択します。
   $V_{\mathrm{iMax}}=100\mathrm{mV} \text{and }{V}_{\mathrm{oMax}}=4.9V$
   $\mathrm{Gain}=\frac{V_{\mathrm{oMax}}}{V_{\mathrm{iMax}}}=\frac{4.9V}{100\mathrm{mV}}=49\frac{V}{V}$
   $\mathrm{Gain}=1+\frac{R_3}{R_2}=49\frac{V}{V}$
4. R₂ と R₃ の標準値を選択します。
   $R_2=7.5\mathrm{k\Omega }\text{ (0.05\% Standard Value)}$
   $R_3=48\times R_2=360\mathrm{k\Omega }\text{ (0.05\% Standard Value)}$

設計シミュレーション

DC シミュレーション結果

AC シミュレーション結果

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツ、出力が GND までスイングする単方向電流検出のシミュレーション、SPICE 回路シミュレーション ファイル

テキサス・インスツルメンツ、0～1A、単一電源、ローサイドの電流センシング ソリューション、リファレンス デザイン

設計に使用されているオペアンプ

設計の代替オペアンプ