Adafruit INA260 stroom-, spanning- en vermogensensor 36V 15A I2C high/low side

De Adafruit INA260 is een compacte stroom-, spannings- en vermogenssensor voor het digitaal bewaken van DC-voedingen, batterijen en elektrische belastingen. Het breakoutboard kan zowel high-side als low-side stroom meten, meet een busspanning van 0 tot 36 V en berekent automatisch het opgenomen of geleverde vermogen.

De geïntegreerde INA260-meet-IC bevat een nauwkeurige 2 mΩ shuntweerstand. Daardoor hoeft geen externe meetweerstand te worden gekozen of gekalibreerd. De sensor ondersteunt continue stroommetingen tot ±15 A en communiceert digitaal via I²C, waardoor meetwaarden eenvoudig kunnen worden verwerkt door een Arduino, CircuitPython-board, Raspberry Pi of andere compatibele controller.

Belangrijkste kenmerken en voordelen

• Meet stroom, spanning en vermogen: drie belangrijke voedingsparameters via één compacte sensor.

• Bidirectionele stroommeting: geschikt voor stroom die in beide richtingen door de shunt loopt.

• High-side en low-side meting: de sensor kan aan de voedingszijde of massazijde van een belasting worden geplaatst.

• Busspanning tot 36 V DC: geschikt voor uiteenlopende laagspanningsvoedingen en accutoepassingen.

• Continue stroom tot ±15 A: geïntegreerde shunt maakt directe stroommeting mogelijk zonder externe meetweerstand.

• Geïntegreerde 2 mΩ precisieshunt: beperkt extra componenten en vereenvoudigt de meetopstelling.

• Shunttolerantie equivalent aan 0,1%: ontworpen voor nauwkeurige stroommetingen.

• 16-bit ADC: digitale omzetting van de gemeten stroom en spanning.

• Digitale I²C-interface: meetwaarden kunnen rechtstreeks door een microcontroller of single-board computer worden uitgelezen.

• Automatische vermogensberekening: stroom en spanning worden intern gebruikt om het vermogen te bepalen.

• Werkt op 2,7 tot 5,5 V: geschikt voor zowel 3,3V- als 5V-systemen.

• 3V- en 5V-logica compatibel: eenvoudig te combineren met veel gangbare ontwikkelborden.

• ALERT-uitgang: programmeerbare alarm- en interruptfunctie voor grenswaarden en meetstatus.

• Configureerbare middeling: meetwaarden kunnen intern gemiddeld worden.

• Instelbare conversietijden: biedt flexibiliteit tussen meetsnelheid en meetgedrag.

• Meerdere I²C-adressen: A0- en A1-jumpers maken verschillende adressen op dezelfde bus mogelijk.

• Vooraf gemonteerde schroefterminal: eenvoudige aansluiting van de stroomkring.

• Header meegeleverd: voor aansluiting op breadboard, printplaat of jumperdraden.

• Ondersteuning voor Arduino en CircuitPython: softwarebibliotheken zijn beschikbaar voor snelle integratie.

Technische specificaties

• Producttype: stroom-, spannings- en vermogenssensor

• Meet-IC: INA260

• Meetprincipe stroom: geïntegreerde shuntmeting

• Stroommeting: bidirectioneel

• High-side meting: ja

• Low-side meting: ja

• Maximale continue stroom: ±15 A

• Busspanningsbereik: 0–36 V DC

• Geschikt voor AC-spanning: nee

• Shuntweerstand: 2 mΩ

• Equivalent shunttolerantie: 0,1%

• ADC-resolutie: 16 bit

• Maximale systeem-gainfout stroommeting bij 25 °C: 0,15%

• Maximale stroomoffset: 5 mA

• Voedingsspanning sensor: 2,7–5,5 V DC

• Logicaniveau: compatibel met 3,3 V en 5 V

• Communicatie-interface: I²C

• SMBus-compatibele INA260-interface: ja

• ALERT-uitgang: ja

• Configureerbare averaging: ja

• Instelbare conversietijd: ja

• Standaard I²C-adres breakout: 0x40

• Alternatieve adressen via A0/A1-jumpers: 0x41, 0x44 en 0x45

• Pull-upweerstanden SDA/SCL: 10 kΩ

• Stroomaansluiting: 5,08 mm schroefterminal

• Schroefterminal: voorgemonteerd

• Pinheader: meegeleverd

• Afmetingen printplaat: circa 22,9 × 22,8 × 2,7 mm

• Gewicht printplaat: circa 2,0 g

Stroom, spanning en vermogen met één sensor meten

De INA260 combineert meerdere meetfuncties in één IC.

De sensor kan:

• De stroom door de belasting meten

• De busspanning meten

• Het vermogen berekenen

De meetwaarden worden digitaal beschikbaar gemaakt via de I²C-interface. Daardoor is geen afzonderlijke analoge ingang op de microcontroller nodig om de stroom- of spanningswaarde zelf om te zetten.

Dit is praktisch voor projecten waarin energiegebruik continu moet worden bewaakt of gelogd.

Geïntegreerde 2 mΩ shuntweerstand

Voor een stroommeting wordt normaal een bekende kleine weerstand in serie met de belasting geplaatst. Het spanningsverschil over deze shunt wordt vervolgens gebruikt om de stroom te berekenen.

Bij de INA260 is deze meetweerstand al in de sensor geïntegreerd.

De shunt heeft:

• Weerstand: 2 mΩ

• Equivalent tolerantie: 0,1%

Hierdoor hoeft geen afzonderlijke externe shuntweerstand te worden geselecteerd en wordt ook de gevoelige printlayout rond een externe shunt vermeden.

Continue stroommeting tot ±15 A

De INA260 is ontworpen voor bidirectionele stroommetingen tot ±15 A continu.

Bidirectioneel betekent dat de sensor niet alleen kan vaststellen hoeveel stroom er loopt, maar ook de richting van de stroom kan onderscheiden.

Dat kan nuttig zijn bij toepassingen zoals:

• Batterijen die worden geladen en ontladen

• Bidirectionele voedingssystemen

• Energieopslag

• Motor- en actuatorvoedingen

• Testopstellingen

De maximale continue stroom geldt binnen de daarvoor opgegeven bedrijfsomstandigheden van de INA260.

Busspanning meten tot 36 V DC

Naast stroom kan de sensor een busspanning van 0 tot 36 V meten.

Hierdoor kan hetzelfde breakoutboard bijvoorbeeld worden gebruikt bij verschillende DC-voedingssystemen zonder dat de voedingsspanning van de microcontroller gelijk hoeft te zijn aan de spanning van het te meten circuit.

De INA260 zelf wordt afzonderlijk gevoed met 2,7 tot 5,5 V.

De sensor is niet bedoeld voor het meten van AC-netspanning.

High-side stroommeting

Bij high-side sensing wordt de sensor tussen de positieve voedingsbron en de belasting geplaatst.

Een belangrijk voordeel hiervan is dat de massa-aansluiting van de belasting rechtstreeks met de systeemmassa verbonden kan blijven.

Voor high-side gebruik wordt:

• VIN+ met de voedingsbron verbonden

• VIN- met de belasting verbonden

In deze configuratie kan de breakout de stroom, busspanning en het daaruit berekende vermogen rechtstreeks bepalen.

Low-side stroommeting

De INA260 ondersteunt ook low-side sensing.

Daarbij wordt de stroommeting aan de massazijde van de belasting uitgevoerd.

Voor een correcte busspannings- en vermogensmeting in een low-side configuratie vereist het breakoutboard een aanpassing: de jumper tussen V+ en VBUS moet worden onderbroken en VBUS moet afzonderlijk met de te meten voedingsbus worden verbonden.

Dit is vooral relevant wanneer naast de stroom ook de werkelijke busspanning en het vermogen moeten worden uitgelezen.

16-bit digitale meting

De INA260 beschikt over een interne 16-bit analoog-digitaalomzetter.

Hiermee worden de analoge meetgegevens van stroom en spanning omgezet naar digitale waarden die via I²C kunnen worden uitgelezen.

De IC biedt afzonderlijke registers voor onder andere:

• Stroom

• Busspanning

• Vermogen

• Configuratie

• Waarschuwingsfuncties

Hierdoor kan de aangesloten microcontroller de meetwaarden rechtstreeks softwarematig verwerken.

I²C-interface

De communicatie met het breakoutboard verloopt via I²C.

De belangrijkste aansluitingen zijn:

• VCC: voeding voor het breakoutboard

• GND: gemeenschappelijke massa

• SCL: I²C-kloksignaal

• SDA: I²C-datasignaal

SDA en SCL zijn op het breakoutboard voorzien van 10kΩ-pull-upweerstanden.

Het logicaniveau volgt de gebruikte VCC-voedingsspanning. Hierdoor kan het board zowel in 3,3V- als 5V-systemen worden geïntegreerd.

Instelbare I²C-adressen

Het standaardadres van het breakoutboard is:

• 0x40

Via de A0- en A1-soldeerjumpers zijn daarnaast de volgende adressen beschikbaar:

• 0x41

• 0x44

• 0x45

Hierdoor kunnen meerdere exemplaren op dezelfde I²C-bus worden gebruikt, zolang ieder board op een uniek beschikbaar adres wordt ingesteld.

ALERT-uitgang

Naast de gewone I²C-aansluitingen heeft de sensor een ALERT-pin.

Deze uitgang kan worden geconfigureerd om een signaal te geven bij bepaalde gebeurtenissen of ingestelde grenswaarden.

Mogelijke toepassingen zijn bijvoorbeeld het signaleren van:

• Een te hoge stroom

• Een te lage of te hoge meetwaarde

• Een ingestelde vermogensconditie

• Het gereed zijn van een eenmalige conversie

Hierdoor hoeft een microcontroller niet noodzakelijk voortdurend alle meetwaarden te pollen om bepaalde gebeurtenissen te detecteren.

Voeding van 2,7 tot 5,5 V

Het breakoutboard kan worden gevoed met een spanning tussen 2,7 en 5,5 V DC.

Daardoor past het bij veel gangbare ontwikkelplatformen.

Voorbeelden zijn:

• 3,3V-microcontrollers

• 5V Arduino-boards

• Feather-boards

• CircuitPython-boards

• Raspberry Pi

De voedingsspanning van het breakoutboard staat los van de busspanning die door de INA260 wordt gemeten.

Voor Arduino en CircuitPython

Voor de INA260 zijn softwarebibliotheken beschikbaar waarmee de meetwaarden rechtstreeks vanuit een programma kunnen worden opgevraagd.

Het breakoutboard is bruikbaar met onder andere:

• Arduino-compatibele microcontrollers

• CircuitPython-compatibele ontwikkelborden

• Raspberry Pi

• Andere systemen met een geschikte I²C-interface

Hierdoor hoeft de gebruiker de registercommunicatie met de INA260 niet volledig zelf te implementeren.

Vooraf gemonteerde schroefterminal

De huidige uitvoering van het breakoutboard wordt geleverd met een voorgemonteerde 5,08mm-schroefterminal voor het stroompad.

Hierop worden de verbindingen naar VIN+ en VIN- aangesloten.

De grotere terminal is bedoeld voor het stroomvoerende gedeelte van de schakeling, terwijl de kleinere headeraansluitingen worden gebruikt voor voeding, I²C en overige signalen.

Pinheader meegeleverd

Naast het gemonteerde breakoutboard wordt een pinheader meegeleverd.

Deze header is niet vooraf op het board gesoldeerd en kan naar behoefte worden gemonteerd.

Na het solderen kan het breakoutboard gemakkelijker worden aangesloten op bijvoorbeeld:

• Een breadboard

• Jumperkabels

• Een prototypeprint

• Een eigen schakeling

Compact breakoutboard

De printplaat meet ongeveer:

• Lengte: 22,9 mm

• Breedte: 22,8 mm

• Dikte printplaat: 2,7 mm

• Gewicht: circa 2,0 g

Hierdoor kan de sensor gemakkelijk in compacte meet-, IoT- en energieprojecten worden geïntegreerd.

Toepassingen

De Adafruit INA260 is geschikt voor onder andere:

• DC-stroommeting

• Spanningsbewaking

• Vermogensmeting

• Batterijmonitoring

• Laad- en ontlaadmetingen

• Voedingsmonitoring

• Testapparatuur

• Power-managementprojecten

• Voedingen

• Batterijladers

• Computersystemen

• Telecomapparatuur

• Embedded elektronica

• Arduino-projecten

• Raspberry Pi-projecten

• Datalogging

• Energieverbruiksmetingen

Waarom kiezen voor de Adafruit INA260?

De INA260 onderscheidt zich doordat de precisieshunt al rechtstreeks in de meet-IC is geïntegreerd.

Daardoor zijn geen externe shuntweerstand en bijbehorende nauwkeurige meetlayout nodig. De sensor kan bovendien zowel high-side als low-side worden gebruikt en meet tegelijkertijd stroom en busspanning, waarna het vermogen intern wordt berekend.

De combinatie van een busspanningsbereik tot 36 V, bidirectionele stroommeting tot ±15 A, 16-bit conversie en digitale I²C-uitlezing maakt het breakoutboard geschikt voor uiteenlopende voedings- en energieprojecten.

Meegeleverd

• Adafruit INA260 breakoutboard

• Voorgemonteerde 5,08mm-schroefterminal

• Pinheader voor de signaalaansluitingen

De header moet voor gebruik worden gesoldeerd wanneer een pinheaderaansluiting gewenst is.

Belangrijk bij gebruik

De INA260 is bedoeld voor gelijkspannings- en gelijkstroommetingen. Gebruik het breakoutboard niet voor het rechtstreeks meten van AC-netspanning.

De maximale opgegeven busspanning bedraagt 36 V. Overschrijd deze spanning niet.

Bij high-side meting kan de standaard VBUS-configuratie worden gebruikt. Voor een correcte busspannings- en vermogensmeting bij low-side gebruik moet de VBUS-jumper worden aangepast en VBUS afzonderlijk met de voedingsbus worden verbonden.

Bij het schakelen van inductieve belastingen zoals motoren, relais en spoelen kunnen spanningspieken ontstaan die veel hoger zijn dan de normale voedingsspanning. Zorg daarom voor geschikte bescherming tegen inductieve spanningspieken om beschadiging van de sensor te voorkomen.

De maximale continue stroom van ±15 A is een grenswaarde van de INA260 en geen aanbeveling om iedere toepassing permanent op deze stroom te ontwerpen. Houd bij hogere stromen rekening met bedrading, aansluitingen, warmteontwikkeling en de elektrische limieten van de volledige schakeling.