电流检测放大器如何监测卫星的运行状况

几家商业卫星公司的加入给航天领域带来了深远的影响，彻底改变了这个曾受到政府大量资助的航天活动。有些公司认为每年需要发射更多卫星，从而开发在近地轨道、中轨道和地球同步赤道轨道运行的电信超级星座、强大的雷达网络和增强型光学成像平台。鉴于上述任务，设计人员在卫星设计中从使用运算放大器或晶体管等简单的分立式元件改用更多集成度更高的电路，以便节省设计、组装和测试时间。

电流检测放大器(CSA)非常适合整个卫星电子系统中的各种应用。在本文中，我将论述CSA如何通过实现电源轨电流监测、负载点检测和电机驱动控制等功能，来监测卫星配电系统和电机的运行状况和功能。

卫星电流监测

CSA在卫星中的一个常见用途是通过监测主电源轨输入电流来检测单粒子瞬变。由于CSA可检测高于其输入引脚电源电压的施加电压，因此与传统的运算放大器或其他分立式解决方案（其共模输入引脚电压受放大器电源电压的限制）相比，CSA可提供更大的设计灵活性。

CSA支持高侧和低侧检测设计；您可以将系统配置为在负载前/后连接一个分流电阻器，并且可以监测预期提供的负载电流中是否存在异常情况（例如过流事件）。表1汇总了高侧和低侧检测方案的利弊权衡。

表1：高侧与低侧检测

我们的QML V类航天级CSA INA901-SP支持高侧和低侧检测，输入电压范围为–15V至65V，低剂量率下的耐辐射加固保障(RHA)规格为50krad(Si)，单粒子锁定(SEL)抗扰度规格高达LET_EFF=75MeV-cm²/mg SEL。INA901-SP有助于更大限度减少监测电源轨运行状况和保护卫星系统免受过流事件影响所需的器件数量。

负载点检测

使用CSA进行负载点检测，有助于收集有关重要系统元件的数据，从而确定特定系统负载的运行状况或功耗。利用CSA检测的数据，系统可以做出数据驱动的决策，例如自校准或对负载元件进行节流，以确保在正常运行条件以外的稳定运行。凭借其精度、高电压范围和独立于电源电压的共模范围特性，CSA可以更轻松地监测任务关键型元件并帮助确保任务成功完成。

电机驱动应用

在电机驱动应用中，电机驱动器电路产生脉宽调制(PWM)信号来精确控制电机的运行。这些调制信号由位于电机各相位的监测电路进行监测，以便为控制电路提供反馈信息。与理论上的放大器相比，实际情景下的放大器并不理想，因此输出可能会因放大器无法充分抑制共模电压的PWM驱动输入电压大幅阶跃而受到影响。实际放大器没有无限的共模抑制能力，并且放大器输出端会出现与每个输入电压阶跃相对应的异常波动。图1显示了竞争器件的输出，而图2显示了INA240-SEP的输出。

图1：竞争器件输出与PWM输入之间的关系


图2：INA240-SEP输出与PWM输入之间的关系

上述输出波动可能相当大，并且根据放大器的特性，这些波动在输入转换之后可能需要很长时间才能稳定下来。利用INA240-SEP中的增强型PWM抑制技术，可为使用PWM信号的系统中的大共模瞬变(ΔV/Δt)提供高水平抑制，这在电机驱动和电磁阀应用中尤其有用。利用该功能可实现精确的电流测量，同时降低输出电压上的瞬变和相关恢复纹波。

INA240-SEP是一种采用增强型航天塑料封装的超精密器件，能够提供–4V至80V的共模电压，增益误差为0.2%，增益漂移为2.5ppm/°C，失调电压为±25μV。该器件属于TI的“耐辐射产品系列”（航天EP），该系列的RHA高达30krad(Si)，SEL抗扰度在125°C下高达43MeV-cm²/mg，适用于近地轨道应用。

结语

电流检测可以为系统带来许多好处，包括优化性能、提高可靠性和状态监测（用于保护系统的重要元件）。由于航天级CSA支持进行直接测量并提供高度精确的结果，因此可帮助系统在极其恶劣的环境中正常运行多年。