INA226 電流シャントおよびパワーモニター IC 正確な電力監視のために

カタログ

INA226 の概要

INA226 は、I²C および SMBus 互換のインターフェースを持つ電流シャントおよびパワーモニターです。外部抵抗にかかるシャント電圧とバス供給電圧の両方を測定し、内部キャリブレーションと乗算を使用して電流とパワーの直接デジタル読み取り値を提供します。

このデバイスは、独自の供給電圧に依存せず、0 V から 36 V までのコモンモードバス電圧で電流を検出できます。2.7 V から 5.5 V の電源で動作し、通常約 330 µA を消費します。また、プログラム可能なキャリブレーション、変換時間、平均化、最大 16 のプログラム可能な I²C アドレスをサポートしています。

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INA226 の主な機能と仕様

INA226 ピン配置と機能

INA226内部ブロックダイアグラム

 

このブロックダイアグラムは、INA226がアナログ測定を有用なデジタルデータに変換する方法を説明します。デバイスは、シャント電圧チャネルとバス電圧チャネルの間を継続的に切り替え、両方の信号を内部のアナログ-デジタルコンバータ（ADC）に送信します。ADCは、これらのアナログ電圧を内部レジスタによって処理できるデジタル値に変換します。

シャント電圧測定は、ユーザーがプログラムしたキャリブレーション値と組み合わされて実際の負荷電流を計算します。得られた電流値は電流レジスタに保存され、測定された供給電圧はバス電圧レジスタに保存されます。INA226は、電流とバス電圧の値を内部で掛け算して電力消費を決定し、それを電力レジスタに保存します。これらの計算された値はI²Cインターフェースを通じてアクセスできるため、マイクロコントローラは外部で複雑な計算を行うことなく電流、電圧、および電力を監視できます。

INA226アプリケーション回路

INA226を用いて電流を測定する際にシャント抵抗を設置できる異なる場所が、以下のアプリケーション回路に示されています。ハイサイドセンシング構成では、シャント抵抗は電源と負荷の間に配置されます。この構成により、デバイスは負荷電流を監視しつつ、負荷に直接のグラウンド接続を保持できます。ハイサイドセンシングは、負荷故障を検出できるため、バッテリー駆動システム、電源、産業機器に一般的に使用されます。

ローサイドセンシング構成では、シャント抵抗は負荷とグラウンドの間に設置されます。この方法は、測定される電圧がグラウンド電位に近いままであるため、実装が簡単であることが多いです。しかし、負荷はもはや電源と同じグラウンドリファレンスを共有しなくなり、一部のシステムでは受け入れられない場合があります。INA226は両方のアプローチをサポートし、デザイナーは特定のアプリケーションに最も適した電流測定方法を選択する柔軟性を提供します。

INA226典型的接続回路

実際の監視システムにおけるINA226の実用的な実装。0.1 Ωのシャント抵抗が負荷と直列に接続されており、INA226は負荷電流によって作成された電圧降下を測定できるようになっています。IN+およびIN−ピンは抵抗に接続され、デバイスは負荷を通る電流フローを判断できます。

回路には、通信および操作に必要な接続も含まれています。SDAおよびSCLラインはマイクロコントローラとのI²C通信を提供し、プルアップ抵抗がバス上の信号レベルを信頼性のあるものにします。デカップリングコンデンサが供給ピンとグラウンドピンの間に接続され、ノイズを低減し、動作を安定化させます。A0およびA1ピンを使用して、複数のINA226デバイスが同じ通信バスを共有する場合にI²Cアドレスを設定できます。プログラムされた電圧、電流、または電力のしきい値を超えた場合にデバイスがコントローラに通知するためのALERT出力も提供されています。この図は、電流と電力を監視するアプリケーションに直接適応できる実用的な配線例として機能します。

INA226の実世界でのアプリケーション

バッテリーマネジメントシステム

INA226は、充電と放電電流を監視するためにバッテリー駆動システムで一般的に使用されます。バッテリー電圧、電流の流れ、および電力消費を測定することにより、バッテリー性能の向上を助け、エネルギー使用に関する正確な情報を提供します。また、データを使用して過電流状態を検出し、バッテリー寿命を最適化することもできます。

電源監視

多くの電源は、出力電圧と負荷電流をリアルタイムで監視するためにINA226を使用します。このデバイスは、エンジニアが電源が設計上の制限内で動作しているかを確認し、故障や過負荷状態を示す可能性のある過剰な電流の引き出しを特定するのに役立ちます。

太陽エネルギーシステム

太陽光発電装置では、INA226を使用してソーラーパネルが生成する電圧と電流、ならびにバッテリーや負荷に供給される電力を追跡できます。この情報は、システムの効率を評価し、異なる環境条件下でのエネルギー生成を監視するのに役立ちます。

サーバーおよびデータセンター機器

サーバーやネットワークハードウェアは、エネルギー効率を改善するために正確な電力監視を必要とすることがよくあります。INA226は、システムコントローラーがプロセッサー、メモリモジュール、ストレージデバイス、および電源レールの電力消費量を測定できるようにし、オペレーターがエネルギー使用をより効果的に管理できるようにします。

産業用制御システム

産業機器には、信頼性のある電力管理を必要とするモーター、センサー、コントローラー、および通信モジュールが頻繁に含まれています。INA226は、異常な動作条件を検出するのに役立つ連続測定を提供し、予期しないシステム障害のリスクを減らします。

電気自動車電子機器

電気自動車には、電流および電力監視を必要とする多くの電子サブシステムがあります。INA226は、バッテリーパック、オンボード電源コンバータ、充電回路、および補助的な電子モジュールを監視するために使用でき、システム管理と保護のために正確な測定データを提供します。

組み込みおよびIoTデバイス

組み込みシステムおよびモノのインターネット（IoT）デバイスは、厳しい電力予算の下で動作することがよくあります。INA226は、動作中の電力消費を分析するのに役立ち、ファームウェアを最適化し、エネルギー使用を削減し、バッテリーの稼働時間を延長することができます。

DCモーターおよび負荷監視

INA226は、DCモーター、ポンプ、ファンおよびその他の負荷によって引き出される電流を監視できます。電流消費の変化を追跡することにより、システムは過負荷、機械的な故障、停止したモーター、または異常な動作条件を検出でき、損傷を引き起こす前に対応できます。

INA226用の適切なシャント抵抗器の選択

シャント抵抗器の役割の理解

シャント抵抗器は、負荷と直列に接続された非常に低値の精密抵抗器です。電流が抵抗器を流れると、そこに小さな電圧降下が発生します。INA226はこの電圧降下を測定し、オームの法則を使用して電流を計算します。

大きな抵抗器値は大きな電圧降下を生み出し、電流測定を容易にし、より正確にする可能性があります。ただし、これにより電力損失と熱生成も増加します。小さな抵抗器は電力損失を減らしますが、測定信号は小さくなります。

抵抗値の選択

抵抗値は、回路が運ぶと予想される最大電流に応じて選択する必要があります。目標は、無駄な電力を最小限に抑えつつ、測定可能な電圧降下を生成することです。

例えば、10 Aシステムは一般的に0.01 Ωのシャント抵抗を使用します。10 Aでの電圧降下は100 mVであり、比較的低い電力損失を維持しながら正確な測定に適しています。

電圧降下の計算

シャント抵抗器の電圧降下は、次のように計算できます：

V_SHUNT=I×R_SHUNT

例えば、負荷が5 Aを引き出し、シャント抵抗が0.01 Ωの場合：

V_SHUNT=5×0.01=0.05V

INA226はこの50 mVの降下を測定し、負荷電流を計算するために使用します。

電力損失の確認

抵抗器は、発散する電力を安全に処理できる必要があります。電力損失は次のように計算されます：

P=I²×R

0.01 Ωのシャント抵抗器を持つ10 Aの負荷の場合：

P=10²×0.01=1W

この場合、1 W以上の定格を持つ抵抗器を選択する必要があります。通常は2 W以上を選択し、安全マージンを提供し、信頼性を向上させます。

許容範囲と精度の重要性

正確な電流測定のためには、低トレランスの精密抵抗器を使用する必要があります。±1%、±0.5%、または±0.1%のトレランスを持つ抵抗器は、標準抵抗器よりも優れた測定精度を提供します。トレランス値が低いほど、測定誤差が減少し、デバイス間の一貫性が向上します。

温度係数の考慮事項

温度が変化するにつれて、抵抗器の値はドリフトする可能性があります。低い温度係数（TCR）は、さまざまな動作温度にわたって精度を維持するのに役立ちます。精密電流センス抵抗器は通常、加熱による測定変化を最小限に抑える低TCR値を提供します。

PCBレイアウトの推奨

シャント抵抗器は、ノイズや測定誤差を減少させるために、INA226の入力ピンの近くに配置する必要があります。短く広い銅トレースは、電流経路における追加抵抗を最小限に抑えるのに役立ちます。高電流設計の場合、ケルビン接続がよく使用され、PCBトレース抵抗によって引き起こされる誤差を排除することでセンサー精度が向上します。

INA226とその他の電流センスICの比較

INA226の機械的寸法

結論

INA226は、多くの電子システムにおいて電流、電圧、および電力を測定するための信頼できる選択肢です。16ビットADC、プログラム可能なキャリブレーション、I²C/SMBusインターフェース、アラート機能、および広いバス電圧範囲により、基本的な電流センサーよりも便利です。アナログ測定をデジタル値に変換することにより、マイクロコントローラーの作業負担を軽減し、電力監視の実施を容易にします。INA226の最高の性能を引き出すためには、外部シャント抵抗器を慎重に選定する必要があります。抵抗器の値、電力定格、トレランス、温度係数、およびPCBレイアウトは、測定精度に影響を与えます。

よくある質問 [FAQ]

1. INA226は、マイクロコントローラーのADCを直接使用する場合と比較して、測定精度をどのように向上させるのですか？

INA226には、精密アンプ、16ビットADC、および電流センシング用に特別に設計されたキャリブレーション機能が含まれています。これにより、ほとんどの組み込みマイクロコントローラーADCよりも高い精度と優れたノイズ性能が提供されます。

2. 複数のINA226デバイスを同じI²Cバスに接続できますか？

はい。INA226は、A0およびA1ピンを使用して最大16のプログラム可能なI²Cアドレスをサポートしており、複数のデバイスが同じ通信バスで動作できるようになります。

3. キャリブレーション中にシャント抵抗器の値を間違って入力した場合はどうなりますか？

不正確なキャリブレーション設定は、電流および電力の読み取りに不正確さを引き起こす可能性があります。測定された電圧は依然として正しいかもしれませんが、計算された電流および電力の値には誤差が含まれます。

4. INA226は非常に低い電流の監視に適していますか？

はい。16ビットの解像度と低オフセット電圧により、精密シャント抵抗器上の小さな電圧降下を検出できるため、低電流監視アプリケーションに適しています。

5. 平均化はINA226の測定性能をどのように改善しますか？

平均化は、結果を報告する前に複数の測定値を組み合わせます。これによりノイズが減少し、読み取りの安定性が向上し、電気的にノイズの多い環境での測定精度が向上します。

6. INA226は異常な電力消費を自動的に検出できますか？

はい。ALERTピンは、電流、電圧、または電力がユーザー定義の制限を超えたときにトリガーするように設定できるため、システムは故障条件に迅速に対応できます。

7. INA226を使用する際にケルビン測定が推奨されるのはなぜですか？

ケルビン測定は、シャント抵抗端子に直接接続された別の測定トレースを使用します。これにより、PCBトレース抵抗によって引き起こされる誤差が減少し、電流測定の精度が向上します。