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[FAQ] INA240: 如何了解带宽规格

Part Number:INA240Other Parts Discussed in Thread: INA193

器件型号:INA240
主题中讨论的其他器件:INA193

如何了解带宽规格及其如何应用于我的 PWM 控制信号

INA240 采用与传统斩波稳定放大器类似的新型架构,其主要目标是更大限度地减少低频误差和漂移,同时在 PWM 环境中实现内联电流感应。因此,INA240 具有出色的 PWM 抑制、直流精度和温漂。

在了解以下参数之间的关系时,偶尔会遇到一些问题:

  1. PWM 频率和占空比
  2. INA240 带宽(3dB 频率)
  3. INA240 稳定时间

这篇文章将对以上各方面进行讲解。

1.PWM频率和占空比

在 BLDC 电机控制中,需要逐周期监控绕组电流。PWM 转换后,电流感应放大器的稳定速度越快,控制器根据电流测量作出决策的速度就越快。PWM 的两个参数立即醒目起来,这两个参数是 (1) PWM 频率和 (2) PWM 占空比。

有时有人会问,对于 100KHz PWM 应用,为什么我不能使用带宽为 100KHz 的电流分流监控器 (CSM)?我们不能简单地用是或否来回答,这取决于与所涉及 PWM 信号的频率和占空比相关的精度要求和稳定时间。

还是用 100KHz PWM 来举例说明,我们假设其占空比为 50%。每次 PWM 转换后,电流通常会发生变化,因此 CSM 必须稳定至新的差分输入。CSM 实际上获得的是一个基本频率为 200kHz 的输入信号。在进行下一次测量之前,CSM 最多有 5uS 可供使用,而不是 10uS。在这 5uS 期间,CSM 必须放大差分输入,同时解决共模干扰。

当占空比发生变化时,情况可能会变得更具挑战性。采用相同的 100KHz PWM 信号,如果占空比为 25%,则可使用时间从 5uS 减少到 2.5uS。

为了说明占空比的影响,将一个具有两个不同占空比的 100KHz 差分输入传递到同一个 CSM,下面显示了响应图。但在现实中,电机向 CSM 提供的差分输入很少是方波。

图 1 阶跃响应,100KHz 和 20% 占空比

图 2 阶跃响应,100KHz 和 80% 占空比

2.INA240带宽(-3dB频率)

带宽 (BW) 定义为半功率点,即输出功率降至峰值一半时的频率。它也称为 -3dB 频率。

INA240 的压摆率相对较高,为 2V/uS;带宽相对较宽,为 400kHz。在 100KHz 时,THDN 约为 2%,并在带宽的较高部分快速增加,如下图所示。

图 3 INA240 THDN 曲线

以下是 400kHz 正弦输入的时域图,由 INA240A1 放大。输出仍可以达到峰值功率的一半,但波形开始看起来更像三角形波,而不是正弦波。 

图 4 INA240 对 400kHz 正弦输入的响应

3.INA240稳定时间

在 INA240 电气特性表中,稳定时间通常显示为 9.6uS,精度为 0.5%;稳定时间通过 2V 输出步长进行测试。

如果放宽精度要求,可以显著缩短稳定时间。例如,如果精度为 1%,则稳定时间通常为 5uS。

INA240 采用独特的偏移消除拓扑来实现出色的 PWM 共模抑制和出色的直流精度。代价是差分稳定更慢且在较高频率时失真更大。

在内部,偏移消除在 400kHz(2.5uS 周期)时钟上运行。差分输入的变化将需要几个这样的时钟周期对其进行采样和放大。如果输入相对于该时钟而言较慢,则必须始终使用偏移消除算法以每次 2.5uS 的速度跟上它。

正因为如此,响应曲线中有“阶跃”或“波形”,而传统线性放大器中不存在。

显然,相对于外部世界提供的输入,此时钟是异步的;正因为如此,“阶跃”或“波形”将根据输入和时钟的相对时序发生移位。相同的偏移消除方案也会导致在较高频率下产生失真。

图 5 INA240 差分阶跃和斜升响应

图 6 INA193 差分阶跃和斜升响应

结语

INA240 专为 PWM 应用而设计,非常适合电机内联感应。在考虑将 INA240 用于此类应用时,应权衡多个参数以确定其是否匹配。这些参数包括 PWM 频率、占空比和稳定要求。

Annie Liu:

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