hobbylab.jp 部品センサー他 INA226 ハードウェア

〇1.0V～36 V のバス電圧を検知
〇ハイサイドまたはローサイド検知
〇電流・電圧・電力をレポート
〇高精度、-0.1% ゲイン誤差 (最大)-10 μV オフセット (最大)
〇構成可能な平均化オプション
〇16個のプログラム可能なアドレス
〇2.7V～5.5V の電源で動作
〇10 ピン、DGS (VSSOP)パッケージ

回路図

このINA226はVBUSとGND間電圧をBus Voltage Registerに格納する。使用電圧は0V~36V

IN±の逆起電圧（この電圧を以降シャント電圧と呼ぶ）をShunt Registerに格納しCalibration Registerの値から電流を計算しCurrent Registerに格納また電力を計算してPower Registerに格納する。
Configuration Registerの値によりA/Dの変換時間や平均回数などを設定できる。
I2Cの通信で各レジスターのデータを授受すことができる。
なおVBUSのLSBは1.25mVで最大は40V、ジャンと電圧のLSBは±2.5uVで最大は-81.9175~81.92mVとなっているので注意する事。
電源電圧は2.7V~5.5Vで消費電力は330uAで動作します。

Pinアサイン

Pin	DEVICE	DESCRIPTION
1	A1	Address pin. Connect to GND, SCL, SDA, or VS. Table 2 shows pin settings and corresponding addresses.
2	A0	Address pin. Connect to GND, SCL, SDA, or VS. Table 2 shows pin settings and corresponding addresses.
3	Alert	Multi-functional alert, open-drain output.
4	SDA	Serial bus data line, open-drain input/output.
5	SCL	Serial bus clock line, open-drain input.
6	VS	Power supply, 2.7 V to 5.5 V
7	GND	Ground.
8	VBUS	Bus voltage input.
9	IN-	Connect to load side of shunt resistor.
10	IN+	Connect to supply side of shunt resistor.

2.簡単に使う

　アクセスの仕方(INA226の値を読む方法)
　簡単には下記レジスタの値を書込んだり、読み込むことによりINA226を使用します。　
　実際はもっと有ります　「３．レジスタ」参照

アドレス	レジスタ名	レジスタ概要	動作
0x00	Configuration Register	設定レジスタ	R/W
0x01	Shunt Voltage Register	電流値の元シャント電圧値レジスタ	R
0x02	Bus Voltage Register	母線電圧値レジスタ	R
0x03	Power Register	母線電圧×電流で求める電力値レジスタ	R
0x04	Current Register	シャント電圧と変換値から求めた電流値レジスタ	R
0x05	Calibration Register	電流値を変換する値	R/W

　 I²C通信の信号は3種類　(1)設定を送る　(2)値を要求する　(3)値の返信

(1)設定を送る
　設定は２種類ある　ａ．Configuration Register　と　ｂ．Calibration Register　

ａ．Configuration Register 0x00　(0x00,0x4127)
　Configuration Register 16bitは下記の設定項目を決める。
　ディフォルト値　0x4127
　値の決定方法は「３．レジスタ(0)00h Configuration Register」を参照ください。

設定項目	概　　要	bit	値	設定内容
RST	レジスタリセット(ディフォルト値にする)	1	b0	リセットしない
SP	'--	3	b100	'--
AVG	平均化のサンプル数	3	b000	平均値　１
VBUSCT	バス電圧変換時間	3	b100	変換時間　1.1ms
VSHCT	シャンと電圧変換時間	3	b100	変換時間　1.1ms
MODE	動作モード	3	b111	シャントとバス、連続

　信号

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択
　③コンフィグレジスタの設定

->
ｰ>
ｰ>

44 詳細は「２．I²Cスレーブアドレス」参照
0x00(※コンフィグレジスタ)
0x4127

ｂ．Calibration Register 0x05 (0x05　,6827)
　キャリブレーション値は「４．キャリブレーション値の求め方を参照ください。
　信号

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択
　③キャリブレーションレジスタの設定

->
ｰ>
ｰ>

44
0x05(※キャリブレーションレジスタ)
0x1AAB (値は10進数で6827)

(2)値を要求する　(3)値の返信
は下表の項目の値を要求します。
最低限には　0x01 Shunt Voltage Registerと　0x02 Bus Voltage Register を読むことにより母線電圧と計算により電流値を出すことにが出来ます。

0x01	Shunt Voltage Register	電流値の元シャント電圧値レジスタ
0x02	Bus Voltage Register	母線電圧値レジスタ
0x03	Power Register	母線電圧×電流で求める電力値レジスタ
0x04	Current Register	シャント電圧と変換値から求めた電流値レジスタ

下記に動作試験をした各項目の要求と値の返信値を表します。
　なお動作試験では　母線電圧は24(V)、電流は1(A)を入れています。シャント抵抗は0.75(mΩ)

0x01 Shunt Voltage Register
　(2)値を要求する

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択

->
ｰ>

44
0x01(※シャント電圧レジスタ)

　(3)値の返信

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②シャント電圧レジスタの内容

->
ｰ>

44
0x0125 (値は10進数で293)

　電流の計算は　293×0.0025/0.75 = 0.9766(A) キャリブレーション値で計算する方法と違うので注意。
　また実際のシャント抵抗が違っている事もこの計算から判る。　
　電流値 1(A)が正しければ抵抗値は　　293×0,0025 = 0.7325（mΩ)と思われる。次回確認する。

0x02 Bus Voltage Register
　信号
　(2)値を要求する

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択

->
ｰ>

44
0x021(※母線電圧レジスタ)

　(3)値の返信

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②母線電圧レジスタの内容

->
ｰ>

44
0x4AF5 (値は10進数で19,189)

電圧の計算は 19,189×1.25/1000+0.005 = 23.99 V(小数点第三を四捨五入)

0x03 Power Register
　(2)値を要求する

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択

->
ｰ>

44
0x03(※電力レジスタ)

　(3)値の返信

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②電力レジスタの内容

->
ｰ>

44
0x03B3 (値は10進数で947)

電力の計算は947×25/1000　= 23.67 W

0x04 Current Register
　(2)値を要求する

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②設定するレジスタの選択

->
ｰ>

44
0x04(※電流レジスタ)

　(3)値の返信

　①読取るINA226のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ番号
　②電流レジスタの内容

->
ｰ>

44
0x03DB (値は10進数で987)

電流の計算は　987/1000 = 0.987 A

3.I²Cアドレスの選択

I²Cのアドレスは７bitで値設定はA1及びA0と指定のピンに短絡する事により16のアドレスを設定できる。

A1	A0	ADDRESS
A1	A0	Binary	HEX
GND	GND	100 0000	40h
GND	Vs	100 0001	41h
GND	SDA	100 0010	42h
GND	SCL	100 0011	43h
Vs	GND	100 0100	44h
Vs	Vs	100 0101	45h
Vs	SDA	100 0110	46h
Vs	SCL	100 0111	47h
SDA	GND	100 1000	48h
SDA	Vs	100 1001	49h
SDA	SDA	100 1010	4Ah
SDA	SCL	100 1011	4Bh
SCL	GND	100 1100	4Ch
SCL	Vs	100 1101	4Dh
SCL	SDA	100 1110	4Eh
SCL	SCL	100 1111	4Fh

4.レジスター

キャリブレーションレジスターの設定について
計測する最大電流により、IN±に接続するシャント抵抗値やキャリブレーションレジスタの設定を変更する必要がある。
レジスタについて
INA266には１０個のレジタが有ります。
測定した値は０１ｈ～０４ｈのレジスタ値を読む事になる。
シャント電圧値、母線電圧値、電力値、電流値を読むことが出来ます。
なお電流値や電力値についてはキャリブレーションレジスターを設定する事によりシャント電圧を電流値に変換します。
レジスタ一覧

ADD	REGISTER NAME	FUNCTION	DATA		TYPE
ADD	REGISTER NAME	FUNCTION	BINARY	HEX	TYPE
00h	Configuration Register	All-register reset, shunt voltage and bus voltage ADC conversion times and averaging, operating mode.	0100 0001 0010 0111	4127	R/W
01h	Shunt Voltage Register	Shunt voltage measurement data.	0000 0000 0000 0000	0000	R
02h	Bus Voltage Register	Bus voltage measurement data.	0000 0000 0000 0000	0000	R
03h	Power Register(2)	Contains the value of the calculated power being delivered to the load.	0000 0000 0000 0000	0000	R
04h	Current Register(2)	Contains the value of the calculated current flowing through the shunt resistor.	0000 0000 0000 0000	0000	R
05h	Calibration Register	Sets full-scale range and LSB of current and power measurements. Overall system calibration.	0000 0000 0000 0000	0000	R/W
06h	Mask/Enable Register	Alert configuration and Conversion Ready flag.	0000 0000 0000 0000	0000	R/W
07h	Alert Limit Register	Contains the limit value to compare to the selected Alert function.	0000 0000 0000 0000	0000	R/W
FEh	Manufacturer ID Register	Contains unique manufacturer identification number.	0101 0100 0100 1001	5449	R
FFh	Die ID Register	Contains unique die identification number.	0010 0010 0110 0000	2260	R

(0)00h Configuration Register

D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8
RST	ー	ー	ー	AVG2	AVG1	AVG0	VBUSCT2
0	1	0	0	0	0	0	1

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
VBUSCT1	VBUSCT0	VSHCT2	VSHCT1	VSHCT0	MODE3	MODE2	MODE1
0	0	1	0	0	1	1	1

AVG　平均化のサンプル数

D11	D10	D9	平均値	備考
0	0	0	1	デフォルト
0	0	1	4
0	1	0	16
0	1	1	64
1	0	0	128
1	0	1	256
1	1	0	512
1	1	1	1024

VBUSCT　バス電圧変換時間

D8	D7	D6	変換時間	備考
0	0	0	140us
0	0	1	204us
0	1	0	332us
0	1	1	588us
1	0	0	1.100ms	デフォルト
1	0	1	2.116ms
1	1	0	4.156ms
1	1	1	8.244ms

VSHCT　シャンの電圧変換時間

D5	D4	D3	変換時間	備考
0	0	0	140us
0	0	1	204us
0	1	0	332us
0	1	1	588us
1	0	0	1.100ms	デフォルト
1	0	1	2.116ms
1	1	0	4.156ms
1	1	1	8.244ms

MODE　動作モード

D2	D1	D0	MODE		備考
0	0	0	Power-Down (or Shutdown)	電源オフ（またはシャットダウン）
0	0	1	Shunt Voltage, Triggered	シャント電圧、トリガー
0	1	0	Bus Voltage, Triggered	バス電圧、トリガー
0	1	1	Shunt and Bus, Triggered	シャントとバス、トリガー
1	0	0	Power-Down (or Shutdown)	電源オフ（またはシャットダウン）
1	0	1	Shunt Voltage, Continuous	シャント電圧、連続
1	1	0	Bus Voltage, Continuous	バス電圧、連続
1	1	1	Shunt and Bus, Continuous	シャントとバス、連続	デフォルト

連続、トリガー、またはパワーダウンの動作モードを選択します。
これらのビットは、連続シャントおよびバス測定モードにデフォルト設定されます。

(1)01h Shunt Voltage Register
フルスケール範囲 = 81.92 mV (10 進数 = 7FFF)、LSB: 2.5 μV。

(2)02h Bus Voltage Register
フルスケール範囲 = 40.96 V (10 進数 = 7FFF)、LSB = 1.25 mV

(3)03h Power Register
Power Register LSB は、Current_LSB のプログラム値の 25 倍になるように内部的にプログラムされます。

(4)04h Current Register
電流レジスタの値は、シャント電圧レジスタの10進数値を乗算(式3に従って、キャリブレーションレジスタの10進数値)して計算されます。

(5)05h Calibration Register
電流および電力測定のフルスケール範囲と LSB を設定します。システム全体のキャリブレーション。
計算方法は「４．キャリブレーション値の求め方を参照ください。

D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8
CSIGN	CD14	CD13	CD12	CD11	CD10	CD9	CD8
0	0	1	0	0	1	0	1

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
CD7	CD6	CD5	CD4	CD3	CD2	CD1	CD0
0	1	1	0	0	0	0	0

(6)06h Mask/Enable Register
アラート構成と変換準備完了フラグ。

D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8
SOL	SUL	BOL	BUL	POL	CNVR	ー	ー
0	0	0	0	0	0	0	0

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
ー	ー	ー	AFF	CVRF	OVF	APOL	LEN
0	0	0	0	0	0	0	0

SOL シャント電圧過電圧
このビットをハイに設定すると、変換後のシャント電圧測定がアラート制限レジスタにプログラムされた値を超えた場合にアラートピンがアサートされるように設定されます。

SUL シャント電圧不?電圧
このビットをハイに設定すると、変換後のシャント電圧測定値がアラート制限レジスタにプログラムされた値を下回った場合にアラートピンがアサートされるように設定されます。

BOL バス電圧過電圧
このビットをハイに設定すると、変換後のバス電圧測定値がアラート制限レジスタにプログラムされた値を超えた場合にアラートピンがアサートされるように設定されます。

BUL バス電圧不足電圧
このビットをハイに設定すると、変換後のバス電圧測定値がアラート制限レジスタにプログラムされた値を下回った場合にアラートピンがアサートされるように設定されます。

POL 電力制限超過
このビットをハイに設定すると、バス電圧測定後の電力計算がアラート制限レジスタにプログラムされた値を超えた場合にアラートピンがアサートされるように設定されます。

CNVR　変換準備完了
このビットをハイに設定すると、変換準備完了フラグ (ビット 3) がアサートされたときにアラートピンがアサートされるように設定され、デバイスが次の変換の準備ができていることを示します。

AFF　アラート機能フラグ
アラートピンで一度に監視できるアラート機能は 1 つだけですが、変換準備も有効にしてアラートピンをアサートできます。アラートの後にアラート機能フラグを読み取ると、アラート機能がアラートの原因であったかどうかを判断できます。アラートラッチイネーブルビットがラッチモードに設定されている場合、アラート機能フラグビットはマスク/イネーブルレジスタが読み取られたときにのみクリアされます。アラートラッチイネーブルビットが透過モードに設定されている場合、アラート状態にならない次の変換の後にアラート機能フラグビットがクリアされます。

CVRF　変換準備完了フラグ
デバイスはいつでも読み取ることができ、最後の変換のデータは利用可能ですが、ワンショットまたはトリガー変換を調整するために変換準備完了フラグビットが用意されています。変換準備完了フラグビットは、すべての変換、平均化、および乗算が完了した後に設定されます。変換準備完了フラグビットは、次の条件でクリアされます:
1.) 構成レジスタへの書き込み (パワーダウン選択を除く)
2.) マスク/イネーブルレジスタの読み取り

OVF　数学オーバーフローフラグ
算術演算の結果オーバーフローエラーが発生した場合、このビットは「1」に設定されます。これは、電流および電力データが無効である可能性があることを示します。

APOL　アラート極性ビット。アラートピンの極性を設定します。
1 = 反転 (アクティブハイオープンコレクタ)
0 = 通常 (アクティブローオープンコレクタ) (デフォルト)

LEN　アラートラッチイネーブル。アラートピンとアラートフラグビットのラッチ機能を構成します。
1 = ラッチが有効
0 = 透過 (デフォルト)
アラートラッチ有効ビットが透過モードに設定されている場合、障害がクリアされるとアラートピンとフラグビットはアイドル状態にリセットされます。アラートラッチ有効ビットがラッチモードに設定されている場合、障害発生後、マスク/有効レジスタが読み取られるまでアラートピンとアラートフラグビットはアクティブのままです。

(7)07h Mask/Enable Register
選択したアラート機能と比較する制限値が含まれます。

(8)FEh Manufacturer ID Register

製造者 ID レジスタには、製造者の一意の識別番号が格納されます。
ID: メーカー ID ビット
ビット 0 ～ 15 メーカー識別ビットを格納します

(9)FFh Die ID Register

DID: デバイス ID ビット
DIの一意の識別番号とリビジョン ID が格納されます。
ビット 4 ～ 15 デバイス識別ビットを格納します。
RID: ダイリビジョン ID ビット
ビット 0 ～ 3 デバイスのリビジョン識別ビットを格納します

5.キャリブレーション値の求め方

　　(Step4　05h Calibration Register)
(1)キャリブレーション値の概略説明をします。
　電流を計測する上で回路にシャント抵抗を入れます。
　電流がシャント抵抗に流れる事により逆電圧が発生します。
　この電圧をINA２２５が測定し、電流値の表示を出力しますが、シャント抵抗の値によって逆起電圧の値は代わります。
　このため、逆起電圧の値がどれだけの電流を示すかＩＮＡ２２６に教える必要が有ります。
　この事をキャリブレーションと言い、ＩＮＡ２２６のレジスタの一つキャリブレーションレジスタに設定を行います。
　なおレジスタのアドレスは05hです。

(2)キャリブレーションの値の計算方法は　2例を説明します

・使用する電流値から求める方法	→	①
・使用するシャント抵抗値から求める方法	→	②

①例として最大電流　±40Aの場合
　シャント電圧の最大値は-81.9175~81.92mV(この電圧を最大シャント電圧と言う)となっている。

①-1　シャント抵抗値は
　最大シャント電圧 / 最大電流 > シャント抵抗
　からシャント抵抗値をキリの良い値にする。
　81.9175(mV) / 40(A) = 2.05(mΩ) → 2(mΩ)

①-2　この時のシャント電流LSB
　シャント電圧LSB / シャント抵抗＝シャント電流LSB
　0.0025(mV) / 2(mΩ) = 0.00125(A) = 1.25(mA)

①-3　キャリブレーション値は
　(1,000 × 2,048 × シャント電圧LSB ) / シャント抵抗
　1,000×2,048×0.0025(mV) / 2(mΩ) = 2,560

②例を変えてシャント抵抗を0.75(mΩ)とした場合に実際に電流1(A)を流してシャント電圧値を確認しキャリブレーション値を算出する場合は。

②-1　最大電流値は
　-81.9175(mV) / 0.75(mΩ) ≒-109.2233(A)
　+81.92 (mV) / 0.75(mΩ) ≒+109.2267(A)

②-2　この時の予想されるシャント電流LSB
　0.0025(mV) / 0.75(mΩ) ≒ 0.00333(A) = 3.33(mA)

②-3　予想されるシャントレジスタの値
　シャント電流×シャント抵抗 / シャント電圧LSB = シャントレジスタ値
　1×0.75(mΩ) / 0.0025(mV) = 300

②-4　実測によるキャリブレーション値の求め方
　シャント電流 ×1,000 ×2,048 / シャントレジスタ値 = キャリブレーション値
　シャントレジスタの値を測定した結果(実測値)297だった場合は
　1(A) ×1,000 ×2,048 / 297 = 6,896

②-5　実際のシャント電流LSB
　1(A) / 297 = 0.0033(A)=3.3(mA)

②-6　実際のシャント抵抗値(シャント電流値及びシャント電圧LSBが正しい場合)
　0.0025(mV)×297 / 1(A) = 0.7425(mΩ)

②-7　シャント抵抗の消費電力
　最大シャント電流2×シャント抵抗値
　109.22672(A) × 0.7425(mΩ) ≒ 8.858W
　に耐える構造及び周辺機器に対する温度上昇に注意する必要がある。

6.INA226回路基板の作成

　太陽光のバッテリー母線の電圧と電流を測定するために作成した。
　電流は60A程度を測定するため、外部抵抗は0.75mΩを接続する予定だ。
　外付け抵抗とINA226を取付ける場所が1m程度離れると思われるのでその間の電線はシールドケーブルにしたがどうなるか？楽しみでもある！

回路図	作成品

　　INA226のアドレスはA0 & GND , A1＆Vs で 1000100 = 44hです

　　プリントパターンを失敗した！
　　IN- と VBuｓを接続してしまったので、パターンを切って配線した
　　　作成品の写真で赤線がその部分だ。
　　次のプリント板作成でキチンと反映したい。

おもてプリントパターン	うらプリントパターン
IN＋ IN- GND

　　 SCL SDA Vs　GND

1.概要

2.簡単に使う

3.I2Cアドレスの選択

4.レジスター

5.キャリブレーション値の求め方

6.INA226回路基板の作成

3.I²Cアドレスの選択