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HOMEPR News > 【旭化成エレクトロニクス#04】AKMの電流センサーとA/Dコンバーターの組み合わせ方①

旭化成エレクトロニクス(株)

【旭化成エレクトロニクス#04】AKMの電流センサーとA/Dコンバーターの組み合わせ方①

製品・サービス

  • 2017/09/27 00:00

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旭化成エレクトロニクス(AKM)のA/Dコンバーター(以下ADC)連載シリーズ第4話目。今回はAKMのコアレス電流センサーとADCを組み合わせた電流検知ソリューションを紹介します。
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A君「シャント抵抗だと発熱がきつくって。シャント抵抗をパラに並べると、実装面積も増えるのが難点なんですよね」
K先輩「そんな時はAKMのコアレス電流センサーがお勧め。1次導体抵抗が1mΩ程度だから、発熱量を劇的に抑えられるわ!」
A君「わ! パッケージ小さいですね!」
K先輩「一般的な電流センサーは磁性体コア付きなんだけど、『コア』が無いから『コアレス』なのね。コアを無くして表面実装型のパッケージを採用しているから、とても小さいのよ」
M課長「サイズ以外にも、コア付きの電流センサーに比べて大きなメリットが二点あるぞ」
A君「なんですか?」
M課長「一つは表面実装型だからマウンタで実装可能なこと。基板製造工程の低コスト化につながるぞ。もう一つ、モーター電流検知において一番重要であるゼロ電流入力時の出力エラーに、磁気ヒステリシスが無いことだ」
A君「磁気ヒステリシス? ゼロ電流入力時の出力エラーって、つまり電流センサーのオフセット電圧ですよね? ヒステリシスがあるんですか?」
M課長「コアは磁性体だから、原理的に磁気ヒステリシスが発生するんだ。磁気ヒステリシスによって、プラス側に電流を流してからゼロ電流に戻した時と、マイナス側に電流を流してからゼロ電流に戻した時とで、オフセットの量が変わってしまう」
A君「それは嫌ですね。単なるオフセットなら補正は簡単ですけど、ヒステリシスがあるとなると……」
M課長「電流検知には致命的だ。だから、磁気ヒステリシスが全く無いコアレス電流センサーには大きなメリットがある訳だ」
A君「へー、使ってみたくなってきました。電流センサー後段のADCはどれを選べば良いですか?」
K先輩「電流センサーは内部に増幅回路を持っているから、前段アンプ内蔵製品じゃなくて、ADC単体製品で良いよ」
A君「単体ADCはどういうのがあるんですか?」
M課長「一般的にはΔΣ型、SAR型が有名だけど、最近は新しいタイプも出始めているぞ。AKMがリリースしたZDS型、ZDS-NS型なんかがその一例だな。SAR型とZDS型は、使い方は一緒だから、大きく分けると3種類ある」(図1)
A君「3種類もあるのかぁ。どうやって選べばいいんですか?」
K先輩「シャント抵抗の後段によく使用される絶縁型ADCはΔΣ型の1bit出力モジュレーターが主流だから、これと合わせるなら、同じくΔΣ型のAK9223MKね。デジタルインターフェースが同じだから、後段のデジタル回路はほとんど変えなくて済むよ」
A君「それは楽ですね」
M課長「ただ、ΔΣ型だと後段にデジタルフィルタが必要で、フィルタ遅延も大きくなってしまう。より高速性が必要なら、SAR型やZDS型のAK923Xシリーズだな。更に、オーバーサンプリング機能も追加したい時はZDS-NS型のAK925Xシリーズだ」
A君「……。たくさん選択肢があることはわかりましたー」
K先輩「まずは一番ベーシックなSAR型のADCで、電流センサーと組み合わせてみよう。コアレス電流センサーCQ3303と12bit-SAR型のAK9235NKを組み合わせた場合の推奨回路はこんな感じね」(図2)

A君「なるほど。周辺回路の参考にもなりますね」
K先輩「電源ICにはリニアレギュレータ型とスイッチングレギュレータ型があるけど、電流センサーやADCには、リニアレギュレータを使うべき。AKMのLDO製品だとAP1150ADS50とかね。これは5V一定出力のLDOよ」
A君「VREFPピンとAINNピンにはオペアンプがいますね」
K先輩「電流センサーのCQ3303はシングルエンド出力だけど、ADCのAK9235NKは差動入力だから、基準となる電圧が必要なのね。そのために、電源5Vからボード上の抵抗分割で2.5Vを作って、オペアンプでバッファして、AINNピンに入れているよ。これで理想的には、ゼロ電流入力時に、ADCがちょうど真ん中のコードを出力してくれるわ」
A君「VREFPピンにもバッファが必要なんですか?」
K先輩「これらのピンはADCの内部でスイッチトキャパシタ回路の構成になっているから、動作クロック周波数に応じて電流が引かれるの。低インピーダンスで駆動するために、ボルテージフォロア構成にしているよ。AKMのオペアンプ製品だとAK2975Hとかね」
A君「ちょっと試してみようかな」
K先輩「電流センサーとADCを一体にしたリファレンスボードも用意されているから、簡単に評価を始められるよ」
A君「それはありがたいですね!」
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次回の配信は9/29の予定です。

図1. AKMADCセレクションガイド
図2. CQ3303とAK9235回路図
図3. 登場人物

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