使用分流监控器监控电源系统的效率和可靠性

如果你问工程师他们是否想要一个高效可靠的系统，答案当然是肯定的。效率和可靠性的定义是什么——以及最终实现系统所需的条件——并不容易回答。

在查看可靠性时，一个常见的起点是确定在发生任何意外操作条件时，可以确保系统受到保护的保护级别。显然，保险丝是一种简单的实现方式，可以防止过流保护方案的短路情况。但是，我们必须担心在短路情况下保险丝熔断后如何将该系统恢复到现场。操作停机时间很昂贵，而且在许多情况下是不可接受的。保险丝只提供两条信息：电流是否过高，以及系统电源总线是否已打开。

主动测量系统电流的电路可以非常精确地检测是否存在超出范围的情况，并允许调整操作性能，以在不牺牲可靠性的情况下实现在全功率预算下的安全操作。

INA199分流监控器是该功能的常用构建块，因为它的印刷电路板 (PCB) 占位面积小、精度高，以及集成的匹配增益设置电阻器。

INA199系列电压输出、电流分流监测器(也称为电流检测放大器)通常用于过电流保护、用于系统优化的精密电流测量或闭环反馈电路。这一系列的设备可以在共模电压从-0.3 V到26 V的情况下感应并联电阻器上的压降，与电源电压无关。有三种固定增益可用：50 V/V、100 V/V和200 V/V。零漂结构的低偏移使电流感应在分流器上的最大压降低至10 mV满标度。这些设备在单个2.7-V至26-V电源下工作，最大可消耗100μa的电源电流。所有版本的规定温度为-40°C至125°C，并以SC70-6和薄UQFN-10封装提供。

●特征

■宽共模范围：–0.3 V至26 V

■偏移电压：±150μV(最大值)(可使分路压降达到10 mV满量程)

■准确度：

▲–增益误差(最大超温)：

▲–±1%(C版)

▲–±1.5%(A型和B型)

▲–0.5-μV/°C偏移漂移(最大值)

▲–10 ppm/°C增益漂移(最大)增益选择：

▲–INA199x1:50 V/V

▲–INA199x2:100 V/V

输出被导向一个比较器，该比较器具有一个固定阈值，该阈值对应于功能块想要检测的电流电平，如图 1 所示。

图 1：典型应用中的 INA199 分流监控器

比较器输出可以直接控制电路以打开电源总线，或者允许微控制器调节系统性能并在允许的功率预算内继续运行，或者完全关闭系统。对于严重故障，这种关闭功能对于防止超出范围的情况损坏系统组件非常重要。

该电路的限流阈值由施加到比较器同相输入端的参考电压设置。该电压电平直接对应于INA199测量的电流电平。使用分压器，我们可以使用公式 1 计算参考电压：

限制参考电压 = 电流限制 (A) * 分流电阻 (Ω) * 放大器增益 (V/V) (1)

INA300是一款专门的电流感应比较器，它通过将电流感应放大器和比较器集成到一个器件中，以稍微不同的方式实现相同的功能。图 2 显示了该比较器的典型应用。该方法与前面使用INA199的示例相同，因为INA300使用单个外部电阻器设置了阈值限制，该电阻器对应于系统的电流限制。

图 2：INA300电流感应比较器框图

限制引脚上存在一个内部 20µA 电流源，该电流源根据连接到该引脚的 R LIMIT电阻器的值为比较器创建参考电压。该电压被设置为等于在限流电平下分流电阻器上产生的电压。公式 2 计算 R LIMIT电阻值：

(2)

我希望我们现在熟悉INA199和INA300器件如何更有效地检测和处理过流事件。