该信号链有一种变体,即使用 ADC 直接在电流检测电阻器上进行测量,从而完全无需电流检测放大器。标准转换器将会在取代AFE并直接测量分流电压方面面临挑战。其中一个挑战便是 ADC 的大型满标量程。

如果不对检测电阻器的压降进行放大,则无法充分利用ADC的满量程,或者需要在电阻器上产生较大的压降。较大的压降将导致检测电阻器上产生较大的功率耗散。有些ADC具有经修改的输入范围,旨在直接测量较小的信号,从而可以直接测量分流电压。这些器件中通常集成了内部可编程增益放大器 (PGA),以利用 ADC 的满量程。

这些小信号转换器的一个限制是它们的共模输入电压范围有限。这些ADC的输入电压范围受到其电源电压(通常为 3V 至 5.5V)的限制,具体取决于所支持的核心处理器电压。INA226(如图 2 所示)是特定于电流检测的 ADC,可解决该共模限制问题。该器件具有 16 位 Δ-Σ 内核,可监测高达 36V 的共模电压轨上的小差分分流电压,同时由范围为 2.7V 至 5.5V 的电源电压进行供电。

基于INA210电流检测放大器实现优化电流检测信号链

INA226 与 ADC 类似(具有经修改的小输入范围), 具有大约 80mV 的满量程输入范围,使器件能够直接 在电流检测电阻器上进行测量。INA226 能够通过 2.5 μV 的最低有效位 (LSB) 步长和 10μV 的最大输入失调电压非常准确地解析小电流变化。0.1μV/°C 的失调漂移可确保较高的测量精度,在高达 125°C 的温度下,仅额外产生12.5μV 的失调。凭借 0.1% 的最大增益误差,还能在满量程信 号水平保持较高的测量精度。

尽管 INA226 能够精确测量小分流电压,但该器件还具有可用于电流检测应用的附加功能。该器件具有一个内部寄存器,用户可以使用印刷电路板 (PCB) 上的电流检测电阻器的特定值对其进行编程。通过获知电流检测电阻器值,INA226 可以在每次转换时直接将测量的分流电压转换为相应的电流值,并将其存储到附加的输出寄存器中。

INA226 还具有一个内部多路复用器:该器件可以从差分输入测量切换到单端电压配置,从而可以直接测量共模电压。利用电压测量以及之前测量的分流电压和相应的电流计算结果,该器件能够计算功率。该器件存储此功率计算结果,并通过双线串行总线向处理器提供该值以 及分流电压、电流和共模电压信息。

除了片上电流和功率计算之外,INA226 还具有一个可编程警报寄存器,该寄存器可以将每个转换值与定义的限 值进行比较,以确定是否发生了超出范围的情况。 可以对该警报监视器进行配置,以测量超出范围的情况(如过流、过压或过功率)。