Power-Tipp Was Strommessverstärker mit integriertem Shunt bringen

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Die Elektrifizierung fordert immer mehr Sensoren, Leistungselektronik und Prozessoren, um die jeweiligen Umgebungsbedingungen zuverlässig und präzise zu erfassen und entsprechend zu reagieren. Welche Wege gibt es, um die Größe der Lösungen zu verringern und den Stromverbrauch zu optimieren und zu überwachen?

Strommessverstärker und digitale Power-Monitor-Bausteine machen es möglich, den einwandfreien Betriebszustand von Systemen im Blick zu behalten, Überströme zu verhindern und dynamische Messungen vorzunehmen, um Regelschleifen für einen optimierten Wirkungsgrads abzustimmen.

Solche Bausteine mit integrierten Shunt-Widerständen gibt es schon einige Zeit. Neu ist jedoch die Kombination aus Einfachheit, geringer Drift, kleinen Abmessungen und niedrigen Kosten in einem Chip.

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Die EZShunt-Technik kommt ohne einen externen Shunt aus, da der gehäuseinterne Leadframe als Shunt genutzt wird (Bild 1). Mithilfe eines Algorithmusses zur Temperaturkompensation gleichen EZShunts die Drift von Kupfer-Leadframes aus, die immerhin bis zu 3.600 ppm/°C betragen kann.

Während Standard-Shunts zwischen 50 und 175 ppm/°C driften, lässt sich mit EZShunt-Produkten für die Gesamtlösung eine Drift von 25 ppm/°C erzielen.

Digitale EZShunts sorgen für eine deutliche Verringerung der Baugröße. Der digitale Power Monitor INA700 beispielsweise reduziert die für die Bauelemente benötigte Fläche bis zu 84 % gegenüber einer vergleichbaren Lösung aus einem Baustein mit Chip-Scale-Gehäuse und dem zugehörigen Shunt im 1206-Format.

Bei den digitalen EZShunts kommt als weiterer Pluspunkt die multimodale Sensorik für Strom, Leistung, Energie, Ladung, Busspannung und Temperatur hinzu, die den Mikrocontroller deutlich entlastet. Da der Chip die nötigen Berechnungen intern durchführt, muss der Mikrocontroller keine unnötigen Taktzyklen mehr für diese Aufgaben aufwenden. Vorhanden ist ferner ein Alert-Pin, um Diagnosen oder die Beendigung einer A/D-Wandlung zu signalisieren, weshalb der Mikrocontroller den Baustein nicht periodisch auf das Vorliegen etwaiger Ergebnisse hin abfragen muss.

Hohe Spannungen und Ströme

Damit der Chip hohe Spannungen und Ströme verkraftet, wurde das 6 mm x 6 mm messende QFN-Gehäuse (Quad Flat No-lead) mit der Bezeichnung DEK so dimensioniert, dass es bei 25 °C einen Strom von 75 A DC verkraftet. Die digitalen Power-Monitore INA780A, INA780B und INA781 sind außerdem für eine Gleichtaktspannung von bis zu 85 V ausgelegt.

EZShunts vermeiden darüber hinaus das komplexe Layout von Vierleiter-Messungen (Kelvin-Verbindungen), indem sie den Shunt entweder intern mit den Eingängen verbinden oder die Kelvin-Verbindung des Shunts an externe Pins herausführen (Bild 3).

Fazit: Mit der EZShunt-Technik lassen sich Strommess-Anwendungen, die in vielen Anwendungsbereichen immer mehr Verbreitung finden, einfach, kostengünstig und platzsparend sowie mit geringer Drift realisieren. Das EZShunt-Portfolio deckt ein ganzes Spek­trum an Spannungen, Strömen, Ausgangsarten (analog oder digital) und Genauigkeiten ab – ganz gleich, ob es um die Optimierung des Vollausschlagsbereichs oder um das Verringern des Stromverbrauchs geht. Bereits für das zweite Quartal 2024 ist zusätzlich die Einführung von Analog- und Automotive-Versionen der Bausteine geplant. (kr)

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* Mubina Toa ist Product Marketing Manager bei Texas Instruments in Dallas / USA.

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