用电流检测放大器监测卫星健康状态

用电流检测放大器监测卫星健康状态

现代商业卫星运营商依赖紧凑、高度集成的电路维护电源系统完整性。电流检测放大器（CSA）现已成为这些架构的基石，实现对电源轨、负载点电流和故障检测的实时监控，适用于广泛卫星任务。

什么是 CSA？

CSA 是针对测量分流电阻两端电压而优化的仪表放大器，提供低噪声、高精度电流读出。与普通运放不同，CSA 能容忍超过电源轨的输入共模电压，这对空间应用中的高侧检测至关重要。

高侧 vs. 低侧检测

CSA 可配置为高侧或低侧测量，各有优势：

表 1. 高侧 vs. 低侧检测

电源轨监控首选高侧配置，因其能在短路故障传播前检测到。

电源轨监控

CSA 监控主电源轨，检测单粒子瞬态和突发电流尖峰。其接受超出电源轨的共模电压能力，赋予设计者离散运放无法提供的灵活性。在电源轨高侧放置分流电阻，CSA 可在测得电流超安全阈值时触发保护动作。

负载点检测

在关键负载点——如功率放大器、射频前端、执行器驱动器——CSA 可提供持续电流数据，用于过流保护、自校准、负载相关节流。空间级 CSA 的高精度和宽共模范围，使其在温度波动和辐射暴露下仍能可靠监控。

过流保护

图 2 展示典型高侧 CSA 网络配合比较器。CSA 差分输出同时馈送 ADC 遥测和快速比较器，当电流超可编程基准时触发跳闸信号。这种双路径架构既保证连续遥测，又确保快速故障响应。

图 2. 使用 CSA 和比较器的离散过流保护。

Texas Instruments 的 INA901-SP 是 QML Class V 空间级 CSA，支持高/低侧检测。工作电压 –15 V 至 65 V，具 50-krad(Si) 辐射耐受，SEL 免疫达 LET_EFF = 75 MeV·cm²/mg。这些规格在减少器件数量的同时保障电源轨健康。

射频通信系统

射频有效载荷中，CSA 监控功率放大器（PA）漏极电流。闭环偏置控制——在反馈回路中使用 CSA——校正电源变化、器件老化、温度漂移，提升效率延长 PA 寿命。开环法虽简单，无法适应这些动态因素。

图 3. 带母线电压、电流、过流监控的闭环 PA 偏置控制。

电机驱动应用

姿态控制或推进系统中的脉宽调制（PWM）驱动产生大共模瞬态。内联 CSA 可滤除这些瞬态，为电机驱动控制器提供纯净电流测量。图 4–6 对比竞品与 INA240-SEP，后者提供 –4 V 至 80 V 共模范围、0.2% 增益误差、2.5 ppm/°C 漂移、±25 µV 偏移。

图 4. 单相电机内联 CSA 实现。

图 5. 竞品输出 vs. PWM 输入。

图 6. INA240-SEP 输出 vs. PWM 输入。

凭借卓越 PWM 抑制，INA240-SEP 确保精准电流检测并最小化输出纹波，这对精密姿态控制和推进至关重要。

结语

电流检测放大器为卫星系统带来可度量的性能增益——优化能耗、增强可靠性、在严苛空间环境提供稳健故障检测。利用空间级 CSA，设计师能在将系统复杂度和质量降至最低的同时，实现长期任务成功。

了解更多 TI 空间产品，访问 TI Aerospace & Defense。

行业文章允许行业合作伙伴以编辑内容不适合的方式，向 All About Circuits 读者分享有用新闻、信息和技术。所有行业文章遵循严格编辑指南，旨在提供读者有用的新闻、技术专长或故事。行业文章观点为合作伙伴所有，不代表 All About Circuits 或其作者立场。