幾家商業衛星公司的加入給航太領域帶來了深遠的影響，徹底改變了這個曾受到政府大量資助的航太活動。有些公司認為每年需要發射更多衛星，從而開發在近地軌道、中軌道和地球同步赤道軌道運行的電信超級星座、強大的雷達網路和增強型光學成像平臺。鑒於上述任務，設計人員在衛星設計中從使用運算放大器或電晶體等簡單的分立式元件改用更多集成度更高的電路，以便節省設計、組裝和測試時間。
電流檢測放大器(CSA)非常適合整個衛星電子系統中的各種應用。在本文中，我將論述CSA如何通過實現電源軌電流監測、負載點檢測和電機驅動控制等功能，來監測衛星配電系統和電機的運行狀況和功能。
衛星電流監測
CSA在衛星中的一個常見用途是通過監測主電源軌輸入電流來檢測單粒子瞬變。由於CSA可檢測高於其輸入引腳電源電壓的施加電壓，因此與傳統的運算放大器或其他分立式解決方案（其共模輸入引腳電壓受放大器電源電壓的限制）相比，CSA可提供更大的設計靈活性。
CSA支持高側和低側檢測設計；您可以將系統組態為在負載前/後連接一個分流電阻器，並且可以監測預期提供的負載電流中是否存在異常情況（例如過流事件）。表1匯總了高側和低側檢測方案的利弊權衡。
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高側 |
低側 |
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檢測方案 |
差分輸入 |
單端或差分輸入 |
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接地干擾 |
否 |
是 |
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共模電壓 |
靠近電源 |
靠近接地 |
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共模抑制比要求 |
更高 |
較低 |
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負載短路檢測 |
是 |
否 |
表1：高側與低側檢測
我們的QML V類航太級CSA INA901-SP支持高側和低側檢測，輸入電壓範圍為–15V至65V，低劑量率下的耐輻射加固保障(RHA)規格為50krad(Si)，單粒子鎖定(SEL)抗擾度規格高達LETEFF=75MeV-cm2/mg SEL。INA901-SP有助於更大限度減少監測電源軌運行狀況和保護衛星系統免受過流事件影響所需的器件數量。
負載點檢測
使用CSA進行負載點檢測，有助於收集有關重要系統元件的資料，從而確定特定系統負載的運行狀況或功耗。利用CSA檢測的資料，系統可以做出資料驅動的決策，例如自校準或對負載元件進行節流，以確保在正常運行條件以外的穩定運行。憑藉其精度、高電壓範圍和獨立於電源電壓的共模範圍特性，CSA可以更輕鬆地監測任務關鍵型元件並幫助確保任務成功完成。
電機驅動應用
在電機驅動應用中，電機驅動器電路產生脈寬調製(PWM)信號來精確控制電機的運行。這些調製信號由位於電機各相位的監測電路進行監測，以便為控制電路提供回饋資訊。與理論上的放大器相比，實際情景下的放大器並不理想，因此輸出可能會因放大器無法充分抑制共模電壓的PWM驅動輸入電壓大幅階躍而受到影響。實際放大器沒有無限的共模抑制能力，並且放大器輸出端會出現與每個輸入電壓階躍相對應的異常波動。圖1顯示了競爭器件的輸出，而圖2顯示了INA240-SEP的輸出。
圖1：競爭器件輸出與PWM輸入之間的關係
圖2：INA240-SEP輸出與PWM輸入之間的關係
上述輸出波動可能相當大，並且根據放大器的特性，這些波動在輸入轉換之後可能需要很長時間才能穩定下來。利用INA240-SEP中的增強型PWM抑制技術，可為使用PWM信號的系統中的大共模瞬變(ΔV/Δt)提供高水準抑制，這在電機驅動和電磁閥應用中尤其有用。利用該功能可實現精確的電流測量，同時降低輸出電壓上的瞬變和相關恢復紋波。
INA240-SEP是一種採用增強型航太塑膠封裝的超精密器件，能夠提供–4V至80V的共模電壓，增益誤差為0.2%，增益漂移為2.5ppm/°C，失調電壓為±25μV。該器件屬於TI的“耐輻射產品系列”（航太EP），該系列的RHA高達30krad(Si)，SEL抗擾度在125°C下高達43MeV-cm2/mg，適用於近地軌道應用。
結語
電流檢測可以為系統帶來許多好處，包括優化性能、提高可靠性和狀態監測（用於保護系統的重要元件）。由於航太級CSA支持進行直接測量並提供高度精確的結果，因此可説明系統在極其惡劣的環境中正常運行多年。
其他資源
• 瞭解有關TI航太產品指南的更多資訊
• 瞭解有關TI電流檢測放大器產品系列的更多資訊
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