スペースに制約のあるアプリケーション向けの電流センスアンプ

かさばる、効率の悪い電子製品は誰も望んでいません。メーカーは設計者に対し、機能性を損なうことなく高性能部品をより小さなフットプリントに収める方法を見つけることを望んでいます。言い換えれば、スペースに制約のある電子アプリケーションをより高い精度で提供するという課題に対処する方法です。そのため、電流センスアンプは、効率的な電力管理、安全な動作、ノイズに敏感なモータ制御に不可欠です。

電流センスアンプは、バッテリ管理、過電流保護、故障検出などのアプリケーションで広く使用されています。シャント抵抗を横切る電圧降下を測定し増幅することで、回路保護に重要な役割を果たします。

電流センスアンプは小型で低コストであるため、実装は比較的簡単ですが、帯域幅の制限、電気ノイズと干渉の最小化、高いコモンモード電圧応答などの課題があります。したがって、適切な電流センスアンプを選択することは、アプリケーションの成功にとって重要です。

適切な部品の判断は、主要なアプリケーション特性を特定することから始まります。

• デバイスが許容できる電流範囲と最大入力電圧
• 環境条件と、希望する温度範囲に対する信頼性の高い性能のマッチング
• パッケージサイズ、帯域幅、静止電流、精度などの設計制約を満たすアンプ仕様
• 精度、絶縁、実装の容易さの要件に基づき、ハイサイド電流センシングとローサイド電流センシングのどちらを使用するか

Analog Devices, Inc.（ADI）は、さまざまな産業用および車載用アプリケーション（AEC-Q100認定）で双方向の電流測定を行う電流センスアンプを提供しています

AD8410AとAD8411Aは、ACとDCの両方の測定に使用でき、ゲイン誤差を最小限に抑えながら広い温度範囲で動作するように設計されています。また、動作電源電圧範囲が広く、異なるシステム要件に対応します。どちらもパッケージ内のトリムコアを利用しており、動作温度範囲とコモンモード電圧範囲を通じて、標準オフセットドリフトは±0.26µV/°Cです。この標準オフセットドリフトは、ノイズやその他の悪影響を増大させる可能性のあるチョッピングおよびオートゼロクロックを必要とすることなく達成されています。

AD8410A（図1）の初期ゲインは20V/V、帯域幅は2.2MHzです。

図1：ADIの電流センスアンプAD8410A（画像提供：Analog Devices, Inc.）

AD8411A（図2）は、50V/Vの初期ゲインと2.7MHzの帯域幅を提供し、より大きな柔軟性と感度を提供します。

図2：ADIの電流センスアンプAD8411A（画像提供：Analog Devices, Inc.）

AD8410A/11Aは、ハイサイドとローサイドの両方の電流センシングアプリケーションに使用できます。モータ制御、双方向DC/DCコンバータ、ソレノイド制御、パワーレール監視など、さまざまなアプリケーションにおける同相またはハイサイド電流センシングに適しています。

また、ブラシレスDC（BLDC）モータドライブのインライン電流センシングにも応用でき、モータ巻線を流れる電流を測定することで、精密な制御と性能の最適化に極めて重要な役割を果たします。

高電圧、高帯域幅の電流センスアンプは、高精度電流測定アプリケーション用に設計されており、高精度トルク制御、小型のモータやインダクタの使用、スマートなモータ駆動アプリケーションを可能にします。独自のアーキテクチャを利用することで、急速に変化するコモンモード電圧の存在下でも、小さな差動電流シャント電圧を正確に増幅することができます。

より高い帯域幅により、DCモータ、AIサーバ、DC/DCコンバータの高スイッチング周波数において、正確な電流センシングが可能になります。この結果、特に高速パルス幅変調（PWM）スイッチング周波数と高電圧を使用するアプリケーションにおいて、A/Dコンバータ（ADC）の精度が向上します。

スイッチング周波数が高くなると電磁妨害（EMI）が増加することがよくありますが、AD8410A/11A電流センスアンプはそのような問題に対処できるように設計されています。ノイズを除去し、EMI性能を向上させるために、-2V～+70Vで123dBという高いコモンモード除去比（CMRR）を備えています。このため、EMIが精度に影響を及ぼす可能性のあるノイズの多い電気環境でのアプリケーションに適しています。相互変調ノイズの影響を受けにくく、追加フィルタの使用を最小限に抑えることができます。

AD8410AとAD8411Aは、同じパッケージオプションと、過電圧保護やイネーブル/ディスエーブル機能などの機能を備えています。-40°C～+125°Cの産業用温度範囲内で2.9V～5.5Vの単一電源で動作するように設計されています。小型の8リード標準スモールアウトラインパッケージ[SOIC_N]、熱性能向上のための露出パッド付き8リードミニスモールアウトラインパッケージ（MSOP）で提供されます。

産業用ドライブ、ロボット工学、電気自動車のような精密な電流測定とフィードバックが必要なモータ制御システムの場合、AD8410A/11Aはモータ電源からの高いコモンモード電圧を扱うことができ、シャント抵抗を通して電流に比例したリニア出力を提供します。AD8411Aは、小さなシャント抵抗や低い電流範囲のために高いゲインが必要な場合に使用することができます。

バッテリセルまたはパックの充電電流と放電電流をモニタするバッテリ管理システムでは、バッテリに直列に接続されたシャント抵抗の差動電圧を測定し、正確で高速な電流センシングを提供するAD8410A/11Aの機能が役立ちます。AD8411Aは、低電流レベルまたは大容量バッテリ用に高分解能が必要な場合に使用できます。

過電流または短絡状態を検出する電源監視および保護回路用に、AD8410A/11Aは負荷またはスイッチを流れる電流をセンスし、故障検出またはフィードバック制御のための信号を供給することができます。AD8411Aは、速い応答時間または高い感度がアプリケーションに必要な場合に使用することができます。

ADI電流センスアンプ評価ボード

設計者はADI評価ボードを利用することができ、AD8410とAD8411の電流センスアンプの性能を異なるシナリオで評価することができます。

AD8410AR-EVALZ（SOIC）（図3）、AD8410ARM-EVALZ（MSOP）、AD8411AR-EVALZ（SOIC）、AD8411ARM-EVALZ（MSOP）の各ボードは、異なる動作モードと負荷を簡単に構成できるように設計されています。

図3：ADIのAD8410AR-EVALZ評価ボード（画像提供：Analog Devices, Inc.）

これらのボードにより、設計者は実用的な設定でAD8410とAD8411電流センスアンプの機能と利点を探究することができます。最大標準サイズ2818のシャントをボードにはんだ付けでき、動作モードは一方向または双方向の電流センシングを選択できます。

まとめ

ADIのAD8410およびAD8411電流センスアンプは、汎用性の高い高性能デバイスです。正確で信頼性の高い電流測定を必要とする幅広いアプリケーションに使用できます。これらのアンプは、ハイサイドおよびローサイドの電流センシングアプリケーションをサポートします。また、正確で堅牢な電流モニタリング、低オフセット電圧、低ドリフト、高帯域幅、高コモンモード除去比を必要とする電子製品の効率、安全性、信頼性の向上に役立ちます。