設計目標

設計の説明

この単一電源、ローサイド、双方向電流センシング ソリューションは、-1A ～ 1A の負荷電流を正確に検出できます。出力のリニアな動作範囲は 110mV ～ 3.19V です。ローサイド電流センシングにより、同相電圧がグランド近くに維持されるため、バス電圧の高いアプリケーションで最も有用です。

デザイン ノート

1. 誤差を最小化するため、R₃ = R₁ かつ R₄ = R₂ に設定します。
2. 高い精度を実現するため、高精度の抵抗を使用します。
3. リニア出力スイングに基づいて出力範囲を設定します (A_ol の仕様を参照)。
4. ローサイド センシングは、システムの負荷が小さなグランド外乱に耐えられないようなアプリケーションや、負荷の短絡を検出する必要があるアプリケーションでは使用しないでください。

設計手順

1. R₄ = R₂、R₁ = R₃ のときの伝達方程式を求めます。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}=\left({\mathrm{I}}_{\mathrm{i}}\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{shunt}}\times \frac{{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_3}\right)+{\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_6}{{\mathrm{R}}_5+{\mathrm{R}}_6}\right)$
2. 最大シャント抵抗を決定します。
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{shunt}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{shunt}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{imax}}}=\frac{100\mathrm{mV}}{1 \mathrm{A}}=100\mathrm{m\Omega }$
3. 基準電圧を設定します。入力電流範囲は対称形なため、基準電圧は電源電圧の 1/2 に設定します。このため、R₅ と R₆ は同じ値にします。
   ${\mathrm{R}}_5={\mathrm{R}}_6=10\mathrm{k\Omega }$
4. オペアンプの出力スイングに基づいて、差動アンプのゲインを設定します。オペアンプの出力は、電源が3.3Vの場合に100mV～3.2Vまでスイングできます。
   $\mathrm{Gain}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{R}}_{\mathrm{shunt}}\times \left({\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}-{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMin}}\right)}=\frac{3.2\mathrm{V}-100\mathrm{mV}}{100\mathrm{m\Omega }\times \left(1 \mathrm{A}-\left(-1 \mathrm{A}\right)\right)}=15.5\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
   $\mathrm{Gain}=\frac{{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_3}=15.5\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$

設計シミュレーション

DC シミュレーション結果

閉ループの AC シミュレーション結果

過渡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、ローサイド双方向電流検出回路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、±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

バッテリ動作、または消費電力の制限が厳しい設計において、既に述べた元の設計目標以外に、システムの合計消費電力の低減が望まれる場合、次の部品を使用できます。