Zaznavanje toka je temeljna zahteva v skoraj vsaki opremi, ki lahko med svojimi funkcijami ponudi tudi elektronski nadzor ali nadzor lastnega delovanja. Bolj zahtevno spremljanje toka prinaša več koristi: daljše trajanje baterij v ročnih napravah, učinkovitejše in tišje delovanje opreme, ki ima vgrajene motorje in hitrejše odkrivanje napak v korist varnosti, a to je le nekaj prednosti iz dolgega seznama
Zaznavanje toka je temeljna zahteva v skoraj vsaki opremi, ki lahko med svojimi funkcijami ponudi tudi elektronski nadzor ali nadzor lastnega delovanja. Bolj zahtevno spremljanje toka prinaša več koristi: daljše trajanje baterij v ročnih napravah, učinkovitejše in tišje delovanje opreme, ki ima vgrajene motorje in hitrejše odkrivanje napak v korist varnosti, a to je le nekaj prednosti iz dolgega seznama. Natančnost nadzora je odvisna od natančnosti meritev in zato je spremljanje točne vrednosti toka bistvenega pomena. V tem članku bomo predstavili temeljne koncepte zaznavanja toka z upori ter prednosti in slabosti treh tipičnih konfiguracij zaznavanja na dovodu (high side sensing).
Upori za zaznavanje
Tok skoraj vedno merimo posredno, pogosto izhaja iz padca napetosti (V = IR), ki nastane na serijsko vezanem uporu. Upori za zaznavanje (merjenje) toka so poceni, nudijo lahko visoko natančnost merjenja od zelo nizkih tokov do tokov srednje velikosti in se lahko uporabljajo v enosmernih in izmeničnih tokokrogih. Njihova slabost je, da v tokokrog prispevajo dodatno Ohmsko upornost, ki lahko poveča izhodno upornost in povzroči neželene učinke Ohmskega bremena in s tem povezano izgubo moči (P = I2.R). Zato se za merjenje velikih tokov redko uporabljajo upori.
To pomanjkljivost lahko zmanjšamo z upori, ki imajo nižje upornosti. Tako lahko padec napetosti na uporu z znižanjem njegove upornosti postane tako nizek, da je že primerljiv z napetostmi ostalih vhodnih vezji in vezji za prilagajanje signala, kar bi lahko ogrozilo točnost meritve. Če ima merjeni tok tudi znaten del visokofrekvenčne komponente, mora imeti upor za zaznavanje toka nizko lastno induktivnost, sicer bo jalova napetost na njem pokvarila točnost meritve. Drugi pomembni parametri, ki jih mora imeti upor za zaznavanje toka so toleranca upornosti, temperaturni koeficient, toplotne EMF, temperaturni odziv in nazivna moč – ki bi morala biti dovolj visoka, da lahko prenese tudi kratkotrajne konice in konice prehodnih pojavov.
Zaznavanje toka na dovodnem in povratnem vodu
Obstajata dve osnovni tehniki, ki ju je mogoče razvrstiti kot zaznavanje toka na povratnem vodu (low-side current sensing) in zaznavanje toka na dovodni strani (high side current sensing). Vsaka od obeh tehnik ima svoje prednosti in slabosti.
Kot je prikazano na sliki 1, je merilni upor vezan med bremenom in maso, tok pa zaznavamo z merjenjem padca napetosti na njem. Običajno je napetost tega signala (USEN = ISEN × RSEN) tako majhna, da jo je treba ojačiti z dodatnim vezjem, ki uporablja enega od operacijskih ojačevalnikov (na primer neinvertirajoči ojačevalnik), da dobimo merljive izhodne napetostni (UOUT). Ta konfiguracija zagotavlja delovanje z nizko vhodno napetost v primerjavi z maso, ki je skupna za vhod in izhod. Rešitev je enostavna in poceni, a je precej dovzetna za motnje proti masi in ima to slabost, da breme »vidi« maso, ki je na višjem potencialu, kot resnična masa, ker RSEN dodaja nezaželeno upornost v tokokrog proti resnični masi. Slabosti sta tudi, da ne moremo zaznati toka, ki ga lahko povzroči nenameren kratek stik do prave mase in potreba po uporabi elementov z nizko VDD napetostjo.
Uporovno zaznavanje toka za natančno spremljanje porabe
2011_SE191_24
