ZHCAG34 December 2025 ADC128S102-SEP , ADC128S102QML-SP , INA901-SP , INA950-SEP , ISOS141-SEP
簡(jiǎn)介
本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)介紹了一種緊湊的耐輻射設(shè)計(jì)，用于在由于可用器件限制而無(wú)法直接測(cè)量的高壓電源系統(tǒng)中進(jìn)行精確電流測(cè)量。通過為設(shè)計(jì)中的檢測(cè)部分采用移位接地方式，可以在共模電壓高達(dá) 200 至 400V 時(shí)，利用耐低壓器件來(lái)測(cè)量流經(jīng)分流電阻器的電流。
應(yīng)用
高壓直流總線 (80–400V) 在航天應(yīng)用中日益普及，它們可以最大限度降低傳導(dǎo)損耗，使質(zhì)量受限的系統(tǒng)可以配備更輕的電纜和連接器。然而，耐輻射電流檢測(cè) IC 的輸入電壓限制在 100V 以下，這使得其在電推進(jìn)器、月球表面發(fā)電系統(tǒng)、高壓電池組及太陽(yáng)能電池陣列中的集成變得更復(fù)雜。
主要優(yōu)勢(shì)
更高的電壓支持使用更細(xì)的電纜，系統(tǒng)重量最高可減輕 30%。
耐輻射：30krad、43MeV?cm2/mg
高壓隔離：高達(dá) 3000V (ISOS141-SEP)，可通過器件選型進(jìn)行擴(kuò)展。
輕松集成：通過數(shù)字 SPI 接口輸出至 MCU/FPGA；無(wú)需跨電壓柵傳輸模擬信號(hào)。
電路說(shuō)明和方框圖
該設(shè)計(jì)利用齊納移位接地技術(shù)，使低壓電流檢測(cè)放大器和 ADC 能在遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn) IC 額定值的條件下安全工作。該應(yīng)用選擇了 4.7V 齊納二極管，其特性可確保齊納電壓不超過 ADC 的最大輸入電壓。要產(chǎn)生穩(wěn)壓電壓，必須使用足夠的電流對(duì)齊納二極管進(jìn)行反向偏置，以維持擊穿電壓。該電流以及提供給放大器和 ADC 的電流共同流經(jīng)偏置電阻器。根據(jù)供電電壓、齊納二極管電流和所需的電源電流選擇偏置阻值。
使用分流電阻器為電流檢測(cè)放大器生成電壓輸入。該電壓以 20V/V 的增益放大，并直接連接到 ADC。ADC 的輸入范圍限制為由齊納二極管所設(shè)定的電源電壓。這意味著檢測(cè)電阻器上的可用電壓范圍為 0V 至：4.7V
在 ADC 輸出端添加一個(gè)數(shù)字隔離器，讓在常規(guī)電壓（接地基準(zhǔn)為 0V）下運(yùn)行的處理器或 FPGA 可以利用來(lái)自 ADC 的 SPI 數(shù)據(jù)。
圖 1 簡(jiǎn)化版方框圖測(cè)試
我們根據(jù) 圖 1 中的方框圖連接了 INA950-SEP、ADC128S102-SEP 和 ISOS141-SEP EVM，以對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)電阻器兩端的電壓在 0 至 220mV 范圍內(nèi)增量調(diào)整。記錄了 ADC GUI 中的相應(yīng)采樣電壓。使用 ADC128S102 EVM GUI 和 ADC-PHI_PRU_EVM 板收集了測(cè)試數(shù)據(jù)。
圖 2 測(cè)試數(shù)據(jù)目標(biāo)應(yīng)用
空間推進(jìn)（霍爾/離子推進(jìn)器）：300–1000V；通過電流控制實(shí)現(xiàn)精確的推力矢量調(diào)節(jié)。
月球電網(wǎng)：400–1000V 直流配電；在惡劣環(huán)境中進(jìn)行故障檢測(cè)。
高壓電池組：400–800V 電池包；運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)。
太陽(yáng)能電池陣列串：600–1500V；通過逐串電流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。