設計の説明

電流シャント モニタは、極めて広い同相電圧範囲での小さいシャント電圧の読み取りに最適化されたアンプです。この応用回路例では、INA190A4 を使用して、±6A の電流を ADC のために 0V～3V の範囲の電圧に変換します。これは同相電圧範囲 40V のハイサイド電流測定であることに注意します。電流センシングの詳しい理論については、『電流センス アンプを使用して今日の電流センシング設計に関する課題を解決する方法』を参照してください。その他の電流シャント デバイスに比べて、INA190 はオフセット電圧、バイアス電流、ドリフトが極めて小さくなっています。この優れた DC 性能により、入力信号に比べてオフセットが小さいため、精度を犠牲にすることなく入力電圧範囲を狭めることができます。所定の電流レベルに対してシャント抵抗が小さいほうがシャントの消費電力は小さくなるため、小さなシャント抵抗を使えることは強みです。ADS7042 は 12 ビット 1MSPS の SAR ADC で、3V のアナログ入力範囲をサポートします。本書に示す設計は、その他のデータ コンバータや入力範囲に合わせて変更できます。この設計は、ノートブック コンピュータ、携帯電話、バッテリ管理など、電流を監視する必要がある幅広い用途に適しています。

デザイン ノート

1. シャント抵抗 R_SENSE の許容誤差はゲイン誤差につながります。個々の誤差バジェットに基づいて、許容誤差を選択します。INA190A4 の規定のゲイン誤差 (最大値) は 0.3% であり、一般的な 1mΩ 抵抗の許容誤差は 0.5%～1.0% であることに注意します。
2. シャント抵抗の選択については「部品選定」で述べます。この目的は、高精度を維持しながら消費電力を最小限に抑えることです。
3. 歪みを最小限に抑えるために、C_FILT には C0G コンデンサを使用します。
4. この設計例は双方向電流源 (±6A など) 用です。単方向電流源 (0A～12A など) についても同様の手法をとることができます。主な違いは、リファレンス入力ピンを 1/2 V_REF ではなくグランドに接続することです。

部品選定

AC 伝達特性

INA190A4 のデータシートに規定する帯域幅 33kHz とシミュレーション結果である 35kHz はよく一致しています。入力 ADC フィルタは、電荷のキックバックを最小限に抑え、帯域幅を制限しないように設計します (f_{c(ADC filter)} = 312kHz)。この件の詳細については、『TI Precision Labs - Op Amps: Bandwidth 1』を参照してください。

ノイズ シミュレーション

ノイズの手計算は次のとおりです。この計算ではフィルタを 1 次と仮定していますが、帯域幅シミュレーションでは、より複雑な応答が示されています。

計算結果とシミュレーション結果はよく一致しています。アンプ ノイズ計算の詳しい理論については『TI Precision Labs - Op Amps:Noise 4』を、データ コンバータのノイズについては『Calculating the Total Noise for ADC Systems』を参照してください。

使用デバイス

主要なファイルへのリンク

テキサス・インスツルメンツ、TINA ソース ファイル、ソフトウェア サポート