KOKT202 April   2026 INA1H94-SEP , INA1H94-SP

 

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실용적인 통합 대안의 부재로, 수십 년 동안 우주 항공 및 방위 엔지니어들은 방사능 저항 설계 시 개별 설계 부품에 의존해 왔습니다. INA1H94-SP 및 INA1H94-SEP는 GEO 및 LEO 시스템 모두를 위한 배터리 관리 시스템과 같은 견고한 방사능 저항 설계를 만드는 엔지니어를 지원하는 동시에 무게, BOM(재료 사양서) 크기를 줄이고 정확도를 개선하는 데 도움이 됩니다.

우주 항공 시장의 고전압 트렌드

우주 산업이 우주 여행의 상업화를 추진함에 따라 매일 더 많은 비행체가 우주에 발사되고 있습니다. 위성, 탐사선, 탐사선을 포함한 이 우주 비행체들은 모두 태양열 배터리를 탑재하고 있습니다. 배터리 팩을 만드는 데 사용되는 배터리 토폴로지의 유형은 다양합니다. 구현할 배터리 기술을 고려할 때 엔지니어는 에너지 밀도, 사이클 수명 및 자체 방전 속도 같은 다양한 성능 사양을 평가해야 합니다. 각 개별 배터리 셀 전압 모니터링이 배터리 상태 평가에 매우 중요하기 때문에 이러한 사양은 모두 중요합니다. 가장 일반적인 배터리 팩 토폴로지인 리튬 이온은 직렬로 연결된 여러 개의 3.6V COTS(상용 기성품 배터리)로 구성되어 있으며, 28V~120V까지 다양합니다. 우주 항공 임무 기간을 늘리고 우주 비행체의 발사 무게를 줄이려는 노력으로 인해 고전압 배터리 팩이 새로운 추세로 부상하고 있습니다. 또한 버스 전압의 증가로 인해 모터 제어 시스템을 위한 인라인 전류 센싱과 같은 애플리케이션에서 최대 120V(추가 마진 포함)까지의 입력을 처리할 수 있는 방사능 저항 장치가 요구되고 있습니다.

통합 차동 증폭기가 필요한 이유

통합 차동 증폭기를 통해 설계자는 탁월한 전압 및 전류 센싱 방법을 탐색할 기회를 제공하며, 개별 구현 대비 뛰어난 성능 이점을 제공합니다. 통합 차동 증폭기는 고가의 고허용 오차 저항(일반적으로 ±0.1% 미만의 허용 오차) 없이도 향상된 정밀도와 정확도를 제공합니다. 정확도 외에도 차동 증폭기는 본질적으로 우수한 CMRR(공통 모드 제거 비율)을 유지하면서 공통 모드 전압 범위를 증폭기 공급 레일을 초과하여 확장할 수 있으며, 이는 개별 저항을 사용할 경우 엄격한 매칭 없이는 달성하기 어렵습니다. 아래 표 1은 INA1H94-SP, INA1H94-SEP와 개별 차동 증폭기 간의 주요 매개 변수를 비교합니다.

표 1 통합 대 개별 - 전기 성능 비교
INA1H94-SPINA1H94-SEP0.1% 저항을 사용하는 개별 유니티 게인 차동 증폭기
동상 전압±150V(V-)~(V+) - 1.5V
공통 모드 제거 비율(분)84dB약 54dB
저항 드리프트
(ppm/°C)(최대)		10약 100
게인 드리프트(최대)0.047%0.067%1% 미만

통합 차동 증폭기로 크기, 무게 및 부품 수 절감

무게 절감은 출시 비용 절감으로 이어집니다. 임무 유형에 관계없이 방사능 저항 시스템을 위한 기존의 증폭기 설계는 오랫동안 크고 무거운 세라믹 패키징을 사용해야 했습니다. 이 새로운 통합 차동 증폭기 제품군은 각각 GEO 및 LEO 임무를 위한 세라믹 및 우주 항공 강화 플라스틱으로 제공되어 기존 시스템의 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 그림 1에서는 SOIC-8 우주 항공 강화 플라스틱 패키징(INA1H94-SEP), 밀봉 처리 HKX-8 패키지(INA1H94-SP), 세라믹 CDIP-14 패키지의 쿼드 채널 증폭기(LM124AQML-SP)의 크기를 비교합니다.

INA1H94-SEP, INA1H94-SP 및 LM124AQML-SP 간 크기 비교그림 1 INA1H94-SEP, INA1H94-SP 및 LM124AQML-SP 간 크기 비교

표 2은(는) GEO 및 LEO 임무에 대해 기존의 쿼드 채널 증폭기 설계와 4개의 INA1H94(-SP 및 -SEP) 장치(동일한 4채널 모니터링 기능 제공)의 크기, 무게 및 BOM을 공정한 수준으로 비교합니다. 4개의 개별 장치를 사용함에도 불구하고, 통합 차동 증폭기 설계는 크기, 무게 및 BOM 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

표 2 통합 대 개별 - 크기, 무게 및 BOM 비교
INA1H94-SEPINA1H94-SP증폭기 + 0603 저항
패키지 개요SOIC-8HKX-8CDIP-14
크기(mm2)164.3*391.4*약 350
질량(mg)370*1,700*4,850
부품 수4420+

직렬 배터리 스택 전압 모니터링

배터리 팩의 상태를 모니터링하기 위해 INA1H94-SP 또는 INA1H94-SEP를 각 개별 COTS 배터리의 전압 센싱에 사용할 수 있습니다. 엔지니어들은 일반적으로 전압 분배기를 사용하거나 개별 차동 증폭기 설계를 구성합니다. 이러한 각 구현 방식에는 고유한 일련의 과제가 있습니다.

단일 전압 분배기를 사용하여 배터리의 양극 단자를 모니터링하면 해당 노드의 전압 출력만 표시되고 레퍼런스를 알 수 없기 때문에 배터리 전압 정보는 제공할 수 없습니다. 차동 증폭기를 사용하면 각 개별 배터리의 전압을 정확하게 측정할 수 있지만, 앞서 언급한 바와 같이 개별 구현에서의 불일치로 CMRR 성능이 저하될 수 있습니다. 그림 2은(는) 33.6V 배터리 팩의 직렬 배터리 전압 모니터링에 INA1H94-SP를 사용하는 예를 보여줍니다.

INA1H94-SP를 사용한 단일 셀 전압 모니터링그림 2 INA1H94-SP를 사용한 단일 셀 전압 모니터링

48V 이상의 배터리 팩의 경우, 일반적으로 개별 설계에는 높은 공통 모드 전압으로부터 연산 증폭기 입력을 보호하기 위해 절연 기능을 갖춘 장치가 필요합니다. INA1H94-SP 및 INA1H94-SEP의 ±150V 공통 모드 전압 범위를 이용하면 추가 절연 회로 없이 배터리 팩 내의 모든 셀과 직접 상호 작용할 수 있습니다. 개별 설계에서는 개별 저항 허용 오차가 복합적으로 작용하여 전체 게인 오류와 온도에 따른 드리프트를 증가시킵니다. 일반적인 1% 허용 오차 저항을 사용할 경우 개별 차동 증폭기 구현 방식은 정합된 박막 저항 네트워크를 사용하는 통합 설계 대비 정확도가 낮아질 수 있습니다.

고압측 전류 센싱

시스템이 120V 버스 전압 추세를 따름에 따라, INA1H94-SP는 ±150V의 광대역 공통 모드 전압 범위 덕분에 접지 단락 부하를 감지하는 고압측 전류 센싱에도 실용적인 장치입니다. INA1H94-SP는 차동 게인이 1이기 때문에, 소형 감지 저항 양단의 전압을 감지할 때 OPA4H199-SP와 같은 연산 증폭기를 사용하는 것이 권장됩니다. 이 접근 방식은 그림 3에 나와 있는 것처럼 ADC128S102QML-SP와 같은 ADC(아날로그-디지털 컨버터)의 최대 눈금 범위로 출력을 확장하면서 전력 손실을 최소화합니다.

INA1H94-SP/-SEP를 이용한 고압측 전류 센싱, 단극 공급그림 3 INA1H94-SP/-SEP를 이용한 고압측 전류 센싱, 단극 공급

그림 3의 회로 예에서 INA1H94는 +12V(VS+) 및 GND(VS-)의 단극 전원을 통해 전원을 공급받습니다. 헤드룸을 확보하기 위해 REFA 및 REFB 핀을 ADC 중간 전원인 2.5V로 설정하여 차동 증폭기 레퍼런스 전압을 GND 이상으로 설정합니다. OPA4H199-SP는 약 23.05V/V의 게인을 지원하는 비반전 게인 구성으로 설정되어 있으며, 연산 증폭기 게인 저항 네트워크도 2.5V(ADC 중간 스케일)를 기준으로 합니다. 이 회로는 차동 증폭기 입력에서 +150V~-18V의 공통 모드 전압 범위와 100mΩ 션트 저항 양단에 ±100mV의 입력 차동 전압을 지원합니다. 결과적으로 통해 감지 저항에서 ±1A의 전류를 모니터링할 수 있습니다.

더 넓은 공통 모드 전압이 필요한 시스템의 경우, 그림 4에 나와 있는 것처럼 양극 전원을 사용하여 음의 공통 모드 전압을 확장할 수 있습니다.

INA1H94-SP/-SEP을 사용한 고압측 전류 센싱, 양극 공급그림 4 INA1H94-SP/-SEP을 사용한 고압측 전류 센싱, 양극 공급

INA1H94-SP/-SEP은 차동 증폭기로, 입력 공통 모드 전압 범위, 차동 입력 전압 범위 및 선형 출력 전압 범위는 양극(V+) 및 음극(VS-) 전원과 레퍼런스 전압 전위 REFA 및 REFB의 함수입니다. 시스템 요구 사항에 맞는 다른 부품 값으로 검증 및 시뮬레이션하려면 INA1H94-SP/-SEP 차동 증폭기 입력/출력 범위 파인더 툴을 참조하여 장치의 입력 공통 모드 범위를 확인하십시오.

표 3은 음극 전원 레일을 추가 시 INA1H94의 공통 모드 전압이 -140V까지 대폭 확장되는 방법을 보여줍니다.

단극 공급양극 공급
전원 전압VS+ = +12V, VS- = GNDVS+ = +12V, VS- = -5V
레퍼런스 전압REFA = REFB = 2.5REFA = REFB = 2.5
공통 모드 범위-18V < VCM < +150V-140V < VCM < +150V
차동 입력 범위±100mV±100mV
션트 저항100mΩ100mΩ
입력 전류 범위±1 A±1 A
OPA4H199 출력+0.194 < VO < 4.806V+0.194 < VO < 4.806V

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