定電流制御設計には高精度の電流センサーが必要であり、正確で信頼性の高い電流測定を実行するには、分流抵抗を流れるバッテリ充電電流またはバッテリ放電電流を測定するための適切なオペ アンプを選択することが極めて重要です。Y14770R00300F9R 分流抵抗は、パワー メタル ストリップで構成された 3mΩ の抵抗を備え、電流検出に最適です。この分流抵抗の許容誤差は 1%、最大温度係数は ±40ppm/°C であり、高精度で安定した性能を実現します。

分路の両端の電流信号を増幅するために、高精度計測アンプ INA818 を使用しています。アンプは入力と出力の電圧制限に直接影響を及ぼすため、適切な同相電圧の計測アンプを選択することが非常に重要です。計測アンプは、アプリケーションの同相電圧との互換性があり、CC 制御で正確かつ信頼性の高い電流測定を実行するために不可欠です。

テキサス・インスツルメンツのアナログ エンジニア向け計算機を使用して INA818 の入力同相モードと制限を決定します。図 3-1 に計算結果が表示されます。最大同相電圧はバッテリ側の最大電圧と一致します。この場合は 15V です。INA818 は 20V と -5V で駆動され、DAC から生成されるリファレンス電圧は 2.5V です。ゲインを 66 に設定すると、結果には電流信号範囲 (±8A × 3mΩ = 24mV) 内に収まる入力範囲 -111.4mV ～ 112.1mV が表示されます。

CC 制御ループに高精度のオペ アンプも必要です。この機能には、最大入力オフセット ドリフトが ±0.1μV/°C の高精度ドリフト オペ アンプ OPA192 を使用しています。

図 3-2 は CC 制御ループの回路図を示しています。電圧制御電圧源に接続された出力電圧は、DC/DC コンバータのトラッキング入力として機能し、V_DCDC を MOSFET のドレインに供給します。負荷条件に関係なく、V_DS を 1V に維持するため意図的に 1V の上昇が構成に含まれています。リファレンス電圧 I_SET は、動作モードに応じて出力の電流または電圧を制御するために D/A コンバータ (DAC) から生成されます。もう 1 つの入力 I_SENSE は、電流センス抵抗の両端の差動電圧を介して取得される電流帰還信号です。これらの信号は エラー アンプ OPA192 で区別され、電流ループ制御が容易になります。小信号シミュレーションでは、1TF のコンデンサと 1TH のインダクタを I_SENSE に接続します。これは、コンデンサが DC で開いておりインダクタが短絡しているときに、帰還ループを切断するためです。高周波では、インダクタは開き、コンデンサは短絡されます。

図 3-3 は CC シミュレーションの小信号を示しています。8A の定電流出力の位相マージンは 73.39° で、クロスオーバー周波数は 189.59kHz です。このシミュレーションは制御回路の安定性と帯域幅が十分であることを確認します。

出力電流を調整する電圧は、0V ～ 5V に設定できます。目的の電流設定の入力リファレンス電圧を計算するには 式 1 を使用します。このリファレンスリ デザインでは、8A の出力電流を生成するために、DAC の出力電圧 I_SET を 4.08V に設定します。