ZHCSM20A June 2021 – June 2025 TMCS1100-Q1
PRODUCTION DATA
9.2.2 詳細設計過程
TMCS1100-Q1 應用設計過程有兩個關鍵設計參數：所選的靈敏度版本 (A1-A4) 和基準電壓輸入。可以進一步考慮噪聲和與 ADC 的集成，但這超出了本應用設計示例的范圍。TMCS1100-Q1 傳遞函數實際上是一個跨阻，其可變失調電壓由 VREF 設置，后者由方程式 28 定義。
檢測器件的設計首先側重于更大限度地提高器件的靈敏度，同時在預期的電流輸入范圍內保持線性測量。線性輸出電壓范圍受 TMCS1100-Q1 相對于接地的線性擺幅（擺幅GND）和相對于電源的擺幅（擺幅VS）的限制。使用上述參數，最大線性輸出電壓范圍是在 VOUT,max 和 VOUT,min 之間的范圍，由方程式 29 和方程式 30 進行定義。
對于雙向電流檢測應用，從 VREF 至地和電源都需要有足夠的線性輸出電壓范圍。表 9-4 展示了該示例應用的設計參數以及計算得出的輸出范圍。
| 設計參數 | 示例值 |
|---|---|
| 擺幅 VS | 0.2V |
| 擺幅 GND | 0.05V |
| VOUT,max | 4.7V |
| VOUT,min | 0.05V |
| VOUT,max – VOUT,min | 4.65V |
這些設計參數可產生 4.65V 的最大線性輸出電壓擺幅。若要確定 TMCS1100-Q1 的哪個靈敏度型號能夠最充分地利用該線性范圍，請通過方程式 31 和方程式 32 分別計算單向電流 (IU,MAX) 和雙向電流 (IB,MAX) 的最大電流范圍。
其中
- SA<x> 為相關 A1-A4 型號的靈敏度。
表 9-5 顯示了具有相應靈敏度的 TMCS1100-Q1 的每個增益型號的此類計算。
| 靈敏度型號 | 靈敏度 | IU,MAX | IB,MAX |
|---|---|---|---|
| TMCS1100A1-Q1 | 50mV/A | 93A | ±46.5A |
| TMCS1100A2-Q1 | 100mV/A | 46.5A | ±23.2A |
| TMCS1100A3-Q1 | 200mV/A | 23.2A | ±11.6A |
| TMCS1100A4-Q1 | 400mV/A | 11.6A | ±5.8A |
通常，選擇可提供所需滿量程電流范圍的最高靈敏度型號。對于本示例中的設計參數，適合選擇靈敏度為 0.1V/A 的 TMCS1100A2-Q1，因為計算得出的最大線性可測量范圍 ±23.2A 足以滿足所需的 ±20A 滿量程電流要求。
為應用選擇合適的靈敏度型號后，可定義由 VREF 輸入引腳定義的零電流基準電壓。通過操作 方程式 28 和使用由 VOUT,max 和 VOUT,min 定義的線性范圍以及滿量程輸入電流 IIN,FS，計算允許保持在線性測量范圍內的最大和最小 VREF 電壓，如方程式 33 和方程式 34 所示。
VREF 的任何值都可以在 VREF,max 和 VREF,min 之間選擇，從而保持所需的線性檢測范圍。如果允許的 VREF 范圍不夠寬或不包括所需的 VREF 電壓，則必須使用 TMCS1100-Q1 的較低靈敏度型號進行重復分析。通過使用所選的 VREF 電壓和最大線性電壓范圍（如方程式 35 和方程式 36所示）可操作 方程式 28 從而求解任一方向上的最大允許電流。
表 9-6 顯示了表 9-4 中示例設計參數的相應值。在這種情況下，選擇了 2.5V 的 VREF，這樣可使零電流輸出為標稱電源的一半。該示例 VREF 設計值提供 –24.5A 至 +22A 的線性輸入電流檢測范圍，正電流定義為流入 IN+ 引腳的電流。
| 參考參數 | 示例值 | 最大線性電流檢測范圍 | |
|---|---|---|---|
| IMAX+ | IMAX– | ||
| VREF,min | 2.05V | 26.5A | -20A |
| VREF,max | 2.7V | 20A | -26.5A |
| 所選 VREF | 2.5V | 22A | -24.5A |
為應用設計選擇 VREF 后，必須定義適當的源。可有多種實現方式，但可能包括：
- 來自電源電壓的電阻分壓器
- 來自 ADC 滿量程基準的電阻分壓器
- 專用或預先存在的電壓基準 IC
- 來自系統微控制器的 DAC 或基準電壓
每一個選項都有優勢，必須權衡每個實現方式的誤差項、噪聲、簡易性和成本。在當前設計示例中，這些選項中的任何一個都可能可用，因為 2.5V VREF 是電源的中軌，這是一種通用 IC 基準電壓，并且可能已經在系統中提供。如果當前應用設計的主要考慮事項是最大限度地提高精度，同時最大限度地降低溫度漂移和噪聲，則必須選擇專用電壓基準。在這種情況，可以選擇 LM4030C-2.5 來優化系統精度，而不會顯著增加成本。圖 9-3 描述了所介紹的電流檢測系統設計。
圖 9-3 TMCS1100-Q1 電流檢測系統設計示例